一種高潔凈環保不銹鋼咖啡壺材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及咖啡壺材料技術領域，具體涉及一種高潔凈環保不銹鋼咖啡壺材料及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 咖啡壺是一種沖煮咖啡的器具，隨著人們生活水平的提高，咖啡壺的使用范圍越 來越廣，咖啡壺的種類也越來越多，有不銹鋼咖啡壺、塑料咖啡壺、玻璃咖啡壺等，不銹鋼咖 啡壺由于具有較高的韌性、強度、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性，是市場上的主要銷售種類。
[0003] 由于咖啡壺的使用環境比較特殊，不銹鋼咖啡壺需要具有較高潔凈度的不銹鋼材 料制造，而現有技術中的不銹鋼材料還不能完全滿足目前使用和制造的要求，存在潔凈度 差、不環保等缺點，因此需要開發一種高潔凈且環保的不銹鋼材料。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種高潔凈環保 不銹鋼咖啡壺材料，該不銹鋼咖啡壺材料具有較高的潔凈度，環保，且還具有較高的強度、 韌性、硬度、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性，綜合性能優異。
[0005] 本發明的另一目的在于提供一種高潔凈環保不銹鋼咖啡壺材料的制備方法，該制 備方法與本發明的材料配合使用，可以發揮材料的最佳性能，工藝簡單，操作控制方便，質 量穩定，生產效率高，生產環保，可大規模工業化生產。
[0006] 本發明的目的通過下述技術方案實現:一種高潔凈環保不銹鋼咖啡壺材料，其化 學成分包括以下重量百分比的元素<:0.16-0.20%、10.37-0.41%、3丨 ：0.6-1.0%、]?11:1.2-1·6%、Cr:25-27%、Ni:13-15%、Mo:4·卜4·5%、Nb:1·2-1·6%、Ti:1·5-1·9%、Ca:0·2-0·4%、Sn: 0 · 01-0 · 05%、Re: 0 · 004-0 · 008%、余量為鐵和雜質。
[0007] 優選的，其化學成分包括以下重量百分比的元素:C: 0.17-0.19%、N: 0.38-0.40%、 Si:0·7-0·9%、Mn:1·3-1·5%、Cr:25·5-26·5%、Ni:13·5-14·5%、Mo:4·2-4·4%、Nb:1·3-1·5%、 Ti : 1 · 6-1 · 8%、Ca: 0 · 25-0 · 35%、Sn: 0 · 02-0 · 04%、Re: 0 · 005-0 · 007%、余量為鐵和雜質。
[0008] 更為優選的，其化學成分包括以下重量百分比的元素：C: 0.18%、N: 0.39%、Si : 0·8%、Μη:1.4%、Cr:26%、Ni:14%、Mo:4.3%、Nb:1.4%、Ti:1.7%、Ca:0.3%、Sn :0.03%、Re: 0.006%、余量為鐵和雜質。
[0009] 本發明的高潔凈環保不銹鋼咖啡壺材料的化學成分設計理由如下： C:0.16-0.20% C(碳)是強力的奧氏體生成元素，因此使金屬組織中的馬氏體相的比例增加，C可以發 揮固溶強化效果，以間隙固溶體的形式熔入晶格結構中，從而產生了向其中引入應變，以強 化間隙固溶體的作用;此外，C具有形成科特雷耳氣團以使金屬組織中的位錯得到固著的作 用，從而提高材料的強度，因此，為了有效地提高材料的強度，C的重量百分比應控制在 0.16%以上。然而，C容易與鋼中的Cr、Nb、T i等結合而形成碳化物，例如，當在晶粒間界存在 有Cr碳化物時，由于Cr在奧氏體中的擴散速度較慢，會在晶界附近產生Cr耗盡層，使得材料 的韌性和耐腐蝕性降低，因此，為了避免C過高造成材料的韌性和耐腐蝕性下降，C的重量百 分比應控制在0.20%以下。本發明中C的重量百分比為0.16-0.20%，既可以滿足材料的強度 要求，又可以保證材料的韌性和耐腐蝕性，優選的，C的重量百分比為0.17-0.19%，更為優選 的，C的重量百分比為0.18%。
[0010] N:0.37-0.41% N(氮)是形成奧氏體的最強有效元素之一，與C一樣，N也是以強化間隙固溶體的元素， 并且也是形成科特雷耳氣團的元素;此外，N還可以與鋼中的Cr或Mo結合以形成簇合物，從 而產生提高強度的作用，為了通過加入N有效地使奧氏體相穩定，并且通過形成Mo-N簇合物 有效地使材料的強度提高，N的重量百分比應控制在0.37%以上。但是，N在奧氏體相中的固 溶程度受到限制，加入較大量的N時，在鑄造鋼時會產生氣孔，雖然通過加入與N具有高親和 力的元素（如Cr或Μη)來提高其固溶的限度，可在某種程度上抑制這種現象，但是當加入過 多的這樣的元素時，在鋼被熔融時需要對環境條件（如溫度等)進行控制，使成本增加，因 此，為了避免Ν過高增加熔融和鑄造的難度，Ν的重量百分比應控制在0.41%以下。本發明中Ν 的重量百分比為0.37-0.41%，既可以滿足材料的強度要求，又可以保證材料的加工性能，優 選的，Ν的重量百分比為0.38-0.40%，更為優選的，Ν的重量百分比為0.39%。
[0011] Si :0.6-1.0% Si(硅)為鐵素體形成元素，起脫氧劑和改善材料耐腐蝕性的作用，同時也是增加鋼的 強度的元素，Si會發生固溶，從而產生使層錯能降低并使機械特性得到改善的效果，因此， 為了有效地提高材料的強度和耐腐蝕性，并起到較好的脫氧作用，Si的重量百分比應控制 在0.6%以上。但加入大量的Si對材料的熱加工性和韌性不利，對常溫下成型也不利，為了避 免Si過高造成材料的熱加工性和韌性下降，Si的重量百分比應控制在1.0%以下。本發明中 Si的重量百分比為0.6-1.0%，既可以滿足材料的強度和耐腐蝕性要求，又可以保證材料的 熱加工性和韌性，優選的，S i的重量百分比為0.7 - 0.9 %，更為優選的，S i的重量百分比為 0.8%〇
[0012] Mn :1.2-1.6% Μη(錳)是奧氏體形成元素，成本低，可以替代Ni形成奧氏體，在將鋼熔融和精煉時，Μη 被用作脫氧劑，對鋼具有很大的強化作用，能提高鋼的強度、硬度和耐磨性，為了保證材料 的強度和硬度，Μη的重量百分比應控制在1.2%以上。但是，Μη對高溫下的抗氧化性會產生不 利的作用，使材料的韌性和耐腐蝕性降低，為了避免Μη過高造成材料的韌性和耐腐蝕性下 降，Μη的重量百分比應控制在1.6%以下。本發明中Μη的重量百分比為1.2-1.6%，既可以滿足 材料的強度和硬度要求，又可以保證材料的韌性和耐腐蝕性，優選的，Μη的重量百分比為 1.3-1.5%，更為優選的，Μη的重量百分比為1.4%。
[0013] Cr :25-27% CK鉻)是強烈形成并穩定鐵素體的元素，縮小奧氏體區，隨著鋼中Cr含量增加，奧氏體 不銹鋼中可出現鐵素體組織;此外，Cr是提高材料強度和耐腐蝕性的主要合金元素，Cr可提 高不銹鋼在氧化性酸中的耐腐蝕性，提高其在氯化物溶液中的耐應力腐蝕、點蝕和縫隙腐 蝕等局部腐蝕能力，而且Cr含量過低還會導致馬氏體轉變溫度(Ms)升高，影響鋼的性能，因 此，為了保證材料的強度和耐腐蝕性，Cr的重量百分比應控制在25%以上。但Cr在提高鋼的 強度的同時會降低材料的塑性和韌性，若其含量過高，不僅增加成本，影響經濟性，生產率 下降，而且對焊接性不利，還會造成一些金屬間相的形成傾向增大，因此，為了避免Cr過高 造成材料的塑性和韌性下降，Cr的重量百分比應控制在27%以下。本發明中Cr的重量百分比 為25-27%，既可以滿足材料的強度和耐腐蝕性要求，又可以保證材料的塑性和韌性，優選 的，Cr的重量百分比為25.5-26.5%，更為優選的，Cr的重量百分比為26%。
[0014] Ni :13-15% Ni(鎳)是形成奧氏體和穩定奧氏體的最佳元素，Ni對提高材料的耐腐蝕性能、力學性 能和熱加工性能均有積極的作用，有助于Cr的耐腐蝕作用的發揮；同時Ni的添加還可以改 善鐵素體不銹鋼的塑性和韌性，量少時可以起到固溶強化的作用，量多時也會與其它元素 形成析出物，起到時效強化的作用，為了通過加入Ni有效地使奧氏體相穩定，并且提高材料 的強度和耐腐蝕性，Ni的重量百分比應控制在13%以上。但大量加入Ni會使得Ms點降低到以 通常的淬火處理無法得到馬氏體組織的情況，從而也無法令鋼材獲得所需要的高強度，還 會使材料的耐腐蝕性能降低，且Ni資源短缺，價格較貴，應盡量節約使用，因此，為了避免Ni 過高造成材料的強度和耐腐蝕性降低以及節約成本，Ni的重量百分比應控制在15%以下。本 發明中Ni的重量百分比為13-15%，既可以滿足材料的強度和耐腐蝕性要求，又可以節約生 產成本，優選的，Ni的重量百分比為13.5-14.5%，更為優選的，Ni的重量百分比為14%。
[0015] Mo :4.1-4.5% Mo(鉬)是強烈的鐵素體形成元素，有利于提高材料的耐腐蝕性，特別是Mo有利于提高 焊接部位沖孔剪斷面的耐腐蝕性，還可以通過固溶強化提高其強度，為了提高材料的強度 和耐腐蝕性，Mo的重量百分比應控制在4.1%以上。但Mo是高成本元素，同時耐腐蝕性能達到 飽和之后，過高的Mo含量會促進奧氏體不銹鋼中金屬間相的沉淀，影響合金的力學和加工 性能，考慮到可加工性的劣化和材料成本的增加，Mo的重量百分比應控制在4.5%以下。本發 明中Mo的重量百分比為4.1-4.5%，既可以滿足材料的強度和耐腐蝕性要求，又可以節約生 產成本，優選的，Mo的重量百分比為4.2-4.4%，更為優選的，Mo的重量百分比為4.3%。
[0016] Nb ： 1.2-1.6% Nb(鈮)為鐵素體形成元素，可以細化晶粒，提高材料的屈服強度，在材料加入適量的 Nb，主要起到兩個重要作用，其一，起到穩定化元素的作用，在熱處理溫度范圍內，長時間保 溫;鋼中Nb元素與C充分結合，形成C-Nb化合物，避免了 C與Nb元素的結合，使材料的耐腐蝕 性能進一步得到保證;其二，提高鋼的再結晶溫度，使鋼的晶粒細化，提高了鋼的抗拉強度 和屈服強度，因此，為了提高材料的抗拉強度和屈服強度，Nb的重量百分比應控制在1.2%以 上。但過量的難熔元素 Nb又會導致材料的制造工藝復雜，為了避免Nb過高導致材料的制造 工藝復雜，Nb的重量百分比應控制在1.6%以下。本發明中Nb的重量百分比為1.2-1.6%，既可 以滿足材料的抗拉強度和屈服強度要求，又可以簡化工藝，優選的，Nb的重量百分比為1.3-1.5%，更為優選的，Nb的重量百分比為1.4%。
[0017] Ti:1.5-1.9% Ti(鈦)是穩定化元素，主要是與C、N結合防止Cr的C、N化物形成造成貧Cr區，從而降低 材料的耐腐蝕性，T i主要與N結合;T i還能提尚鋼的再結晶溫度，使鋼的晶粒細化，提尚了鋼 的抗拉強度和屈服強度，因此，為了提高材料的抗拉強度和屈服強度，Ti的重量百分比應控 制在1.5%以上。但Ti作為夾雜物也會影響到鋼的表面質量，同時由于Ti在加入過程中易氧 化，會給煉鋼帶來一定難度，為了避免Ti導致材料的制造工藝復雜，Ti的重量百分比應控制 在1.9%以下。本發明中Ti的重量百分比為1.5-1.9%，既可以滿足材料的抗拉強度和屈服強 度要求，又可以保證材料的質量，簡化制造工藝，優選的，Ti的重量百分比為1.6-1.8%，更為 優選的，Ti的重量百分比為1.7%。
[0018] Ca:0.2-0.4% Ca(鈣)在精煉工序中使鋼脫氧，Ca還提高熱加工性和潔凈度，為了獲得這些效果，Ca 含有量的下限為〇. 2 %。另一方面，若過剩地含有Ca，則會在鋼中大量地生成CaO等夾雜物， 使鋼的韌性降低。并且，CaO等夾雜物也成為點腐蝕的起點。因此，Ca含有量的上限為0.4%。 本發明中Ca的重量百分比為0.