一種高致密環(huán)保不銹鋼咖啡壺材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及咖啡壺材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高致密環(huán)保不銹鋼咖啡壺材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[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(qiáng)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(huán)境比較特殊，不銹鋼咖啡壺需要具有較高致密性的不銹鋼材 料制造，而現(xiàn)有技術(shù)中的不銹鋼材料還不能完全滿足目前使用和制造的要求，存在致密性 差、不環(huán)保等缺點(diǎn)，因此需要開發(fā)一種高致密且環(huán)保的不銹鋼材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高致密環(huán)保 不銹鋼咖啡壺材料，該不銹鋼咖啡壺材料具有較高的致密性，環(huán)保，且還具有較高的強(qiáng)度、 韌性、硬度、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性，綜合性能優(yōu)異。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高致密環(huán)保不銹鋼咖啡壺材料的制備方法，該制 備方法與本發(fā)明的材料配合使用，可以發(fā)揮材料的最佳性能，工藝簡單，操作控制方便，質(zhì) 量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)環(huán)保，可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種高致密環(huán)保不銹鋼咖啡壺材料，其化 學(xué)成分包括以下重量百分比的元素<:0.31-0.35%、10.17-0.21%、3丨 ：1.8-2.2%、]?11:3.2-3·6%、Cr:13-15%、Ni:7-9%、Mo:2·卜2·5%、Nb:1·0-1·4%、Ti:0·3-0·7%、Zr:0·2-0·4%、Mg: 0 · 02-0 · 06%、C〇: 0 · 01-0 · 05%、余量為鐵和雜質(zhì)。
[0007] 優(yōu)選的，其化學(xué)成分包括以下重量百分比的元素:C:0.32-0.34%、N:0.18-0.20%、 Si:1·9-2·1%、Μη:3·3-3·5%、Cr:13·5-14·5%、Ni:7·5-8·5%、Mo:2·2-2·4%、Nb:1·卜1·3%、Ti: 0 · 4-0 · 6%、Zr: 0 · 25-0 · 35%、Mg: 0 · 03-0 · 05%、C〇: 0 · 02-0 · 04%、余量為鐵和雜質(zhì)。
[0008] 更為優(yōu)選的，其化學(xué)成分包括以下重量百分比的元素：C: 0.33%、N: 0.19%、Si : 2·0%、Μη:3·4%、Cr:14%、Ni:8%、Mo:2·3%、Nb:1·2%、Ti:0·5%、Zr:0·3%、Mg:0·04%、C〇:0·03%、 余量為鐵和雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明的高致密環(huán)保不銹鋼咖啡壺材料的化學(xué)成分設(shè)計(jì)理由如下： C：0.31-0.35% C(碳)是強(qiáng)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(fā) 揮固溶強(qiáng)化效果，以間隙固溶體的形式熔入晶格結(jié)構(gòu)中，從而產(chǎn)生了向其中引入應(yīng)變，以強(qiáng) 化間隙固溶體的作用;此外，C具有形成科特雷耳氣團(tuán)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(qiáng)度，因此，為了有效地提高材料的強(qiáng)度，C的重量百分比應(yīng)控制在 0.31%以上。然而，C容易與鋼中的Cr、Nb、Ti等結(jié)合而形成碳化物，例如，當(dāng)在晶粒間界存在 有Cr碳化物時(shí)，由于Cr在奧氏體中的擴(kuò)散速度較慢，會在晶界附近產(chǎn)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(yīng)控制在0.35%以下。本發(fā)明中C的重量百分比為0.31-0.35%，既可以滿足材料的強(qiáng)度 要求，又可以保證材料的韌性和耐腐蝕性，優(yōu)選的，C的重量百分比為0.32-0.34%，更為優(yōu)選 的，C的重量百分比為0.33%。
[0010] N：0.17-0.21% N(氮)是形成奧氏體的最強(qiáng)有效元素之一，與C一樣，N也是以強(qiáng)化間隙固溶體的元素， 并且也是形成科特雷耳氣團(tuán)的元素;此外，N還可以與鋼中的Cr或Mo結(jié)合以形成簇合物，從 而產(chǎn)生提高強(qiáng)度的作用，為了通過加入N有效地使奧氏體相穩(wěn)定，并且通過形成Mo-N簇合物 有效地使材料的強(qiáng)度提高，N的重量百分比應(yīng)控制在0.17%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(shí)，在鑄造鋼時(shí)會產(chǎn)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(xiàn)象，但是當(dāng)加入過 多的這樣的元素時(shí)，在鋼被熔融時(shí)需要對環(huán)境條件（如溫度等)進(jìn)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(yīng)控制在0.21%以下。本發(fā)明中Ν 的重量百分比為0.17-0.21%，既可以滿足材料的強(qiáng)度要求，又可以保證材料的加工性能，優(yōu) 選的，Ν的重量百分比為0.18-0.20%，更為優(yōu)選的，Ν的重量百分比為0.19%。
[0011] Si :1.8-2.2% 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(shí)也是增加鋼的 強(qiáng)度的元素，Si會發(fā)生固溶，從而產(chǎn)生使層錯能降低并使機(jī)械特性得到改善的效果，因此， 為了有效地提高材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性，并起到較好的脫氧作用，Si的重量百分比應(yīng)控制 在1.8%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(yīng)控制在2.2%以下。本發(fā)明中 Si的重量百分比為1.8-2.2%，既可以滿足材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性要求，又可以保證材料的 熱加工性和韌性，優(yōu)選的，S i的重量百分比為1.9 - 2.1 %，更為優(yōu)選的，S i的重量百分比為 2.0%〇
[0012] Mn:3.2-3.6% 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(shí)，Μη 被用作脫氧劑，對鋼具有很大的強(qiáng)化作用，能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，為了保證材料 的強(qiáng)度和硬度，Μη的重量百分比應(yīng)控制在3.2%以上。但是，Μη對高溫下的抗氧化性會產(chǎn)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(yīng)控制在3.6%以下。本發(fā)明中Μη的重量百分比為3.2-3.6%，既可以滿足 材料的強(qiáng)度和硬度要求，又可以保證材料的韌性和耐腐蝕性，優(yōu)選的，Μη的重量百分比為 3.3-3.5%，更為優(yōu)選的，Μη的重量百分比為3.4%。
[0013] Cr :13-15% CK鉻)是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小奧氏體區(qū)，隨著鋼中Cr含量增加，奧氏體 不銹鋼中可出現(xiàn)鐵素體組織;此外，Cr是提高材料強(qiáng)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(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐 蝕等局部腐蝕能力，而且Cr含量過低還會導(dǎo)致馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)升高，影響鋼的性能，因 此，為了保證材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性，Cr的重量百分比應(yīng)控制在13%以上。但Cr在提高鋼的 強(qiáng)度的同時(shí)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(jīng)濟(jì)性，生產(chǎn)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(yīng)控制在15%以下。本發(fā)明中Cr的重量百分比 為13-15%，既可以滿足材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性要求，又可以保證材料的塑性和韌性，優(yōu)選 的，Cr的重量百分比為13.5-14.5%，更為優(yōu)選的，Cr的重量百分比為14%。
[0014] Ni：7-9% Ni(鎳)是形成奧氏體和穩(wěn)定奧氏體的最佳元素，Ni對提高材料的耐腐蝕性能、力學(xué)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(fā)揮；同時(shí)Ni的添加還可以改 善鐵素體不銹鋼的塑性和韌性，量少時(shí)可以起到固溶強(qiáng)化的作用，量多時(shí)也會與其它元素 形成析出物，起到時(shí)效強(qiáng)化的作用，為了通過加入Ni有效地使奧氏體相穩(wěn)定，并且提高材料 的強(qiáng)度和耐腐蝕性，Ni的重量百分比應(yīng)控制在7%以上。但大量加入Ni會使得Ms點(diǎn)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(qiáng)度，還 會使材料的耐腐蝕性能降低，且Ni資源短缺，價(jià)格較貴，應(yīng)盡量節(jié)約使用，因此，為了避免Ni 過高造成材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性降低以及節(jié)約成本，Ni的重量百分比應(yīng)控制在9%以下。本 發(fā)明中Ni的重量百分比為7-9%，既可以滿足材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性要求，又可以節(jié)約生產(chǎn) 成本，優(yōu)選的，Ni的重量百分比為7.5-8.5%，更為優(yōu)選的，Ni的重量百分比為8%。
[0015] Mo :2.1-2.5% Mo(鉬)是強(qiáng)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(qiáng)化提高其強(qiáng)度，為了提高材料的強(qiáng)度 和耐腐蝕性，Mo的重量百分比應(yīng)控制在2.1%以上。但Mo是高成本元素，同時(shí)耐腐蝕性能達(dá)到 飽和之后，過高的Mo含量會促進(jìn)奧氏體不銹鋼中金屬間相的沉淀，影響合金的力學(xué)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(yīng)控制在2.5%以下。本發(fā) 明中Mo的重量百分比為2.1-2.5%，既可以滿足材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性要求，又可以節(jié)約生 產(chǎn)成本，優(yōu)選的，Mo的重量百分比為2.2-2.4%，更為優(yōu)選的，Mo的重量百分比為2.3%。
[0016] Nb：1.0-1.4% Nb(鈮)為鐵素體形成元素，可以細(xì)化晶粒，提高材料的屈服強(qiáng)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(wěn)定化元素的作用，在熱處理溫度范圍內(nèi)，長時(shí)間保 溫;鋼中Nb元素與C充分結(jié)合，形成C-Nb化合物，避免了 C與Nb元素的結(jié)合，使材料的耐腐蝕 性能進(jìn)一步得到保證;其二，提高鋼的再結(jié)晶溫度，使鋼的晶粒細(xì)化，提高了鋼的抗拉強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度，因此，為了提高材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，Nb的重量百分比應(yīng)控制在1.0%以 上。但過量的難熔元素 Nb又會導(dǎo)致材料的制造工藝復(fù)雜，為了避免Nb過高導(dǎo)致材料的制造 工藝復(fù)雜，Nb的重量百分比應(yīng)控制在1.4%以下。本發(fā)明中Nb的重量百分比為1.0-1.4%，既可 以滿足材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度要求，又可以簡化工藝，優(yōu)選的，Nb的重量百分比為1.1-1.3%，更為優(yōu)選的，Nb的重量百分比為1.2%。
[0017] Ti:0.3-0.7% Ti(鈦)是穩(wěn)定化元素，主要是與C、N結(jié)合防止Cr的C、N化物形成造成貧Cr區(qū)，從而降低 材料的耐腐蝕性，T i主要與N結(jié)合;T i還能提尚鋼的再結(jié)晶溫度，使鋼的晶粒細(xì)化，提尚了鋼 的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，因此，為了提高材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，Ti的重量百分比應(yīng)控 制在0.3%以上。但Ti作為夾雜物也會影響到鋼的表面質(zhì)量，同時(shí)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(dǎo)致材料的制造工藝復(fù)雜，Ti的重量百分比應(yīng)控制 在0.7%以下。本發(fā)明中Ti的重量百分比為0.3-0.7%，既可以滿足材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng) 度要求，又可以保證材料的質(zhì)量，簡化制造工藝，優(yōu)選的，Ti的重量百分比為0.4-0.6%，更為 優(yōu)選的，T i的重量百分比為0.5%。
[0018] Zr:0.2-0.4% ZK鋯)是冶煉過程中的除氧、硫、磷劑，能提高鋼的強(qiáng)度、硬度，尤其是提高鋼的耐磨性 能及改善鋼的焊接性能。因此，為了提高材料的硬度和致密性，Zr的重量百分比應(yīng)控制在 0.01%以上。但過高的Zr含量會促進(jìn)奧氏體不銹鋼中金屬間相的沉淀，影響合金的力學(xué)性能 和加工性能，為了避免Zr過高造成材料的力學(xué)和加工性能下降，Zr的