一种抗氧化环保不锈钢咖啡壶材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及咖啡壶材料技术领域，具体设及一种抗氧化环保不诱钢咖啡壶材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 咖啡壶是一种冲煮咖啡的器具，随着人们生活水平的提高，咖啡壶的使用范围越 来越广，咖啡壶的种类也越来越多，有不诱钢咖啡壶、塑料咖啡壶、玻璃咖啡壶等，不诱钢咖 啡壶由于具有较高的初性、强度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，是市场上的主要销售种类。
[0003] 由于咖啡壶的使用环境比较特殊，不诱钢咖啡壶需要具有较高抗氧化性能的不诱 钢材料制造，而现有技术中的不诱钢材料还不能完全满足目前使用和制造的要求，存在抗 氧化性能差、不环保等缺点，因此需要开发一种抗氧化且环保的不诱钢材料。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种抗氧化环保 不诱钢咖啡壶材料，该不诱钢咖啡壶材料具有较高的抗氧化性能，环保，且还具有较高的强 度、初性、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种抗氧化环保不诱钢咖啡壶材料的制备方法，该制 备方法与本发明的材料配合使用，可W发挥材料的最佳性能，工艺简单，操作控制方便，质 量稳定，生产效率高，生产环保，可大规模工业化生产。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现:一种抗氧化环保不诱钢咖啡壶材料，其化 学成分包括 W 下重量百分比的元素：C:0.26-0.30%、N:0.42-0.46%、Si:0.2-0.6%、Mn:2.0-2.4%、吐：21-23%、Ni:17-19%、Mo:4.6-5.0%、抓：1.4-1.8%、Ti:1.1-1.5%、Zr:0.1-0.5%、W: 0.0 l-0.05%、Mg: 0.0 Ol-0.005%、余量为铁和杂质。
[0007] 优选的，其化学成分包括W下重量百分比的元素:C:0.27-〇.29%、N:0.43-〇.45〇/〇、 Si : 0.3-0.5%、Mn: 2.1-2.3%、Cr: 21.5-22.5%、Ni : 17.5-18.5%、Mo: 4.7-4.9%、Nb: 1.5-1.7〇/〇、 Ti : 1.2-1.4%、Zr:0.2-0.4%、W:0.02-0.04%、Mg:0.002-0.004%、余量为铁和杂质。
[000引更为优选的，其化学成分包括W下重量百分比的元素：C: 0.28%、N: 0.44%、Si : 0.40/0、Mn: 2.20/0、Cr: 220/0、Ni : 180/0、Mo:4.80/0、抓：1.60/0、Ti : 1.30/0、Zr:0.30/0、W:0.030/0、Mg:0.0030/0、 余量为铁和杂质。
[0009]本发明的抗氧化环保不诱钢咖啡壶材料的化学成分设计理由如下： 0:0.26-0.30% C(碳)是强力的奥氏体生成元素，因此使金属组织中的马氏体相的比例增加，C可W发 挥固溶强化效果，W间隙固溶体的形式烙入晶格结构中，从而产生了向其中引入应变，W强 化间隙固溶体的作用;此外，C具有形成科特雷耳气团W使金属组织中的位错得到固着的作 用，从而提高材料的强度，因此，为了有效地提高材料的强度，C的重量百分比应控制在 0.26%W上。然而，C容易与钢中的Cr、Nb、Ti等结合而形成碳化物，例如，当在晶粒间界存在 有Cr碳化物时，由于化在奥氏体中的扩散速度较慢，会在晶界附近产生Cr耗尽层，使得材料 的初性和耐腐蚀性降低，因此，为了避免C过高造成材料的初性和耐腐蚀性下降，C的重量百 分比应控制在0.30%W下。本发明中C的重量百分比为0.26-0.30%，既可W满足材料的强度 要求，又可W保证材料的初性和耐腐蚀性，优选的，C的重量百分比为0.27-0.29%，更为优选 的，C的重量百分比为0.28%。
[0010] N:0.42-0.46% N(氮)是形成奥氏体的最强有效元素之一，与C一样，N也是W强化间隙固溶体的元素， 并且也是形成科特雷耳气团的元素;此外，N还可W与钢中的&或Mo结合W形成簇合物，从 而产生提高强度的作用，为了通过加入N有效地使奥氏体相稳定，并且通过形成Mo-N簇合物 有效地使材料的强度提高，N的重量百分比应控制在0.42%W上。但是，N在奥氏体相中的固 溶程度受到限制，加入较大量的N时，在铸造钢时会产生气孔，虽然通过加入与N具有高亲和 力的元素（如Cr或Mn)来提高其固溶的限度，可在某种程度上抑制运种现象，但是当加入过 多的运样的元素时，在钢被烙融时需要对环境条件（如溫度等)进行控制，使成本增加，因 此，为了避免N过高增加烙融和铸造的难度，N的重量百分比应控制在0.46%W下。本发明中N 的重量百分比为0.42-0.46%，既可W满足材料的强度要求，又可W保证材料的加工性能，优 选的，N的重量百分比为0.43-0.45%，更为优选的，N的重量百分比为0.44〇/〇。
[0011] Si :0.2-0.6% Si(娃)为铁素体形成元素，起脱氧剂和改善材料耐腐蚀性的作用，同时也是增加钢的 强度的元素，Si会发生固溶，从而产生使层错能降低并使机械特性得到改善的效果，因此， 为了有效地提高材料的强度和耐腐蚀性，并起到较好的脱氧作用，Si的重量百分比应控制 在0.2%W上。但加入大量的Si对材料的热加工性和初性不利，对常溫下成型也不利，为了避 免Si过高造成材料的热加工性和初性下降，Si的重量百分比应控制在0.6%W下。本发明中 Si的重量百分比为0.2-0.6%，既可W满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可W保证材料的 热加工性和初性，优选的，S i的重量百分比为0.3 - 0.5 %，更为优选的，S i的重量百分比为 0.4% O
[0012] Mn :2.0-2.4% Mn(儘)是奥氏体形成元素，成本低，可W替代Ni形成奥氏体，在将钢烙融和精炼时，Mn 被用作脱氧剂，对钢具有很大的强化作用，能提高钢的强度、硬度和耐磨性，为了保证材料 的强度和硬度，Mn的重量百分比应控制在2.0%W上。但是，Mn对高溫下的抗氧化性会产生不 利的作用，使材料的初性和耐腐蚀性降低，为了避免Mn过高造成材料的初性和耐腐蚀性下 降，Mn的重量百分比应控制在2.4%W下。本发明中Mn的重量百分比为2.0-2.4%，既可W满足 材料的强度和硬度要求，又可W保证材料的初性和耐腐蚀性，优选的，Mn的重量百分比为 2.1 -2.3%，更为优选的，Mn的重量百分比为2.2%。
[0013] Cr :21-23% Cr(铭)是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区，随着钢中Cr含量增加，奥氏体 不诱钢中可出现铁素体组织;此外，Cr是提高材料强度和耐腐蚀性的主要合金元素，化可提 高不诱钢在氧化性酸中的耐腐蚀性，提高其在氯化物溶液中的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐 蚀等局部腐蚀能力，而且化含量过低还会导致马氏体转变溫度(Ms)升高，影响钢的性能，因 此，为了保证材料的强度和耐腐蚀性，吐的重量百分比应控制在21%W上。但Cr在提高钢的 强度的同时会降低材料的塑性和初性，若其含量过高，不仅增加成本，影响经济性，生产率 下降，而且对焊接性不利，还会造成一些金属间相的形成倾向增大，因此，为了避免Cr过高 造成材料的塑性和初性下降，吐的重量百分比应控制在23%W下。本发明中化的重量百分比 为21-23%，既可W满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可W保证材料的塑性和初性，优选 的，化的重量百分比为21.5-22.5%，更为优选的，化的重量百分比为22〇/〇。
[0014] Ni :17-19% Ni(儀)是形成奥氏体和稳定奥氏体的最佳元素，Ni对提高材料的耐腐蚀性能、力学性 能和热加工性能均有积极的作用，有助于Cr的耐腐蚀作用的发挥；同时Ni的添加还可W改 善铁素体不诱钢的塑性和初性，量少时可W起到固溶强化的作用，量多时也会与其它元素 形成析出物，起到时效强化的作用，为了通过加入Ni有效地使奥氏体相稳定，并且提高材料 的强度和耐腐蚀性，Ni的重量百分比应控制在17%W上。但大量加入Ni会使得Ms点降低到W 通常的泽火处理无法得到马氏体组织的情况，从而也无法令钢材获得所需要的高强度，还 会使材料的耐腐蚀性能降低，且Ni资源短缺，价格较贵，应尽量节约使用，因此，为了避免Ni 过高造成材料的强度和耐腐蚀性降低W及节约成本，Ni的重量百分比应控制在19%W下。本 发明中Ni的重量百分比为17-19%，既可W满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可W节约生 产成本，优选的，Ni的重量百分比为17.5-18.5%，更为优选的，Ni的重量百分比为18%。
[0015] Mo :4.6-5.0% Mo(钢)是强烈的铁素体形成元素，有利于提高材料的耐腐蚀性，特别是Mo有利于提高 焊接部位冲孔剪断面的耐腐蚀性，还可W通过固溶强化提高其强度，为了提高材料的强度 和耐腐蚀性，Mo的重量百分比应控制在4.6%W上。但Mo是高成本元素，同时耐腐蚀性能达到 饱和之后，过高的Mo含量会促进奥氏体不诱钢中金属间相的沉淀，影响合金的力学和加工 性能，考虑到可加工性的劣化和材料成本的增加，Mo的重量百分比应控制在5.0%W下。本发 明中Mo的重量百分比为4.6-5.0%，既可W满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可W节约生 产成本，优选的，Mo的重量百分比为4.7-4.9%，更为优选的，Mo的重量百分比为4.8〇/〇。
[0016] Nb ： 1.4-1.8% Nb(妮)为铁素体形成元素，可W细化晶粒，提高材料的屈服强度，在材料加入适量的 Nb，主要起到两个重要作用，其一，起到稳定化元素的作用，在热处理溫度范围内，长时间保 溫;钢中Nb元素与C充分结合，形成C-Nb化合物，避免了C与Nb元素的结合，使材料的耐腐蚀 性能进一步得到保证;其二，提高钢的再结晶溫度，使钢的晶粒细化，提高了钢的抗拉强度 和屈服强度，因此，为了提高材料的抗拉强度和屈服强度，Nb的重量百分比应控制在1.4%W 上。但过量的难烙元素师又会导致材料的制造工艺复杂，为了避免师过高导致材料的制造 工艺复杂，Nb的重量百分比应控制在1.8%W下。本发明中Nb的重量百分比为1.4-1.8%，既可 W满足材料的抗拉强度和屈服强度要求，又可W简化工艺，优选的，Nb的重量百分比为1.5-1.7%，更为优选的，Nb的重量百分比为1.6〇/〇。
[0017] Ti :1.1-1.5% Ti(铁)是稳定化元素，主要是与C、N结合防止Cr的C、N化物形成造成贫Cr区，从而降低 材料的耐腐蚀性，Ti主要与N结合;Ti还能提高钢的再结晶溫度，使钢的晶粒细化，提高了钢 的抗拉强度和屈服强度，因此，为了提高材料的抗拉强度和屈服强度，Ti的重量百分比应控 制在1.1%W上。但Ti作为夹杂物也会影响到钢的表面质量，同时由于Ti在加入过程中易氧 化，会给炼钢带来一定难度，为了避免Ti导致材料的制造工艺复杂，Ti的重量百分比应控制 在1.5%W下。本发明中Ti的重量百分比为1.1-1.5%，既可W满足材料的抗拉强度和屈服强 度要求，又可W保证材料的质量，简化制造工艺，优选的，Ti的重量百分比为1.2-1.4%，更为 优选的，Ti的重量百分比为1.3%。
[001 引 Zr :0.1-0.5% ZK错)是冶炼过程中的除氧、硫、憐剂，能提高钢的强度、硬度，尤其是提高钢的耐磨性 能及改善钢的强度。因此，为了提高材料的强度和耐磨性，&的重量百分比应控制在0.1%W 上。但过高的Zr含量会促进奥氏体不诱钢中金属间相的沉淀，影响合金的力学性能和抗氧 化性，为了避免Zr过高造成材料的力学和抗氧化性下降，