CN103526123A

CN103526123A - 一种高韧性不锈钢咖啡壶材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103526123A
Application number: CN201310532556.0A
Authority: CN
Inventors: 焦德宏
Original assignee: Wanbaoli Stainless Steel Products (dongguan) Co Ltd
Current assignee: Wanbaoli Stainless Steel Products (dongguan) Co Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN103526123B

Abstract

本发明涉及咖啡壶材料技术领域，具体涉及一种高韧性不锈钢咖啡壶材料及其制备方法，该材料的化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.006~0.01%、N：0.001~0.005%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.1~0.5%、Cr：12~16%、Ni：0.5~1.5%、Mo：0.1~0.5%、V：0.05~0.25%、Re：0.02~0.08%、Nb：0.02~0.08%、Ti：0.08~0.12%、余量为铁和杂质。本发明通过严格控制每种元素的含量，使材料具有较高的冲击韧性和断裂韧性，生产成本低，且还具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。

Description

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及咖啡壶材料技术领域，具体涉及一种高韧性不锈钢咖啡壶材料及其制备方法。

背景技术

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，有不锈钢咖啡壶、塑料咖啡壶、玻璃咖啡壶等，不锈钢咖啡壶由于具有较高的强度、韧性、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，是市场上的主要销售种类。

由于咖啡壶的使用环境比较特殊，不锈钢咖啡壶需要具有较高韧性的不锈钢材料制造，高韧性不锈钢材料的研究也越来越多。

申请号为201110363876.9中国发明专利公开了一种高Cr铁素体不锈钢及其制造方法，添加了Mo、Ni改善耐腐蚀性能，并采用了Nb、Ti双稳定化，但其Ni含量较低，且未添加V，韧性不足；日本专利JP05320764A和JP08253813A采用了较高的Cr含量以改善耐腐蚀性，但未添加Ni和V来改善韧性。欧洲专利EP0097254（A2）虽然添加了Ni，但也同时添加了大量的Cu和Zr，未添加V以改善韧性。

通过以上专利对比分析可知，现有技术中的不锈钢还不能完全满足目前使用和制造的要求，主要问题在于韧性高相应的不锈钢成本也增高，而低成本的不锈钢韧性普遍较差，因此需要开发一种高韧性且成本低廉的不锈钢材料。

发明内容

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高韧性不锈钢咖啡壶材料，该材料具有较高的韧性，成本低，且还具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。

本发明的另一目的在于提供一种高韧性不锈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，可以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，可大规模工业化生产。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.006~0.01%、N：0.001~0.005%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.1~0.5%、Cr：12~16%、Ni：0.5~1.5%、Mo：0.1~0.5%、V：0.05~0.25%、Re：0.02~0.08%、Nb：0.02~0.08%、Ti：0.08~0.12%、余量为铁和杂质。

优选的，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.007~0.009%、N：0.002~0.004%、Si：0.02~0.04%、Mn：0.2~0.4%、Cr：13~15%、Ni：0.8~1.2%、Mo：0.2~0.4%、V：0.1~0.2%、Re：0.03~0.07%、Nb：0.03~0.07%、Ti：0.09~0.11%、余量为铁和杂质。

更为优选的，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.008%、N：0.003%、Si：0.03%、Mn：0.3%、Cr：14%、Ni：1%、Mo：0.3%、V：0.15%、Re：0.05%、Nb：0.05%、Ti：0.1%、余量为铁和杂质。

本发明的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的成分设计理由如下：

C：0.006~0.01%

C（碳）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Cr在奥氏体中的扩散速度较慢，会在晶界附近产生Cr耗尽层，使得材料的韧性和耐腐蚀性降低，因此，为了避免C过高造成材料的韧性和耐腐蚀性下降，C的重量百分比应控制在0.01%以下。C在不锈钢中是不受欢迎的，但又没有办法完全避免，之所以没有办法完全避免是因为大气中含有很高的C，且炼钢用原材料铬、废钢等中也含有C，在冶炼过程中虽然能够去除部分和大部分C，但若要完全去除则是非常困难的，且不锈钢中C越低，不锈钢成本越高；C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可以发挥固溶强化效果，以间隙固溶体的形式熔入晶格结构中，从而产生了向其中引入应变，以强化间隙固溶体的作用；此外，C具有形成科特雷耳气团以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，为了节省材料的成本及提高材料的强度，C的重量百分比应控制在0.006%以上。本发明中C的重量百分比为0.006~0.01%，既可以满足材料的韧性和耐腐蚀性要求，又可以保证材料的成本及强度，优选的，C的重量百分比为0.007~0.009%，更为优选的，C的重量百分比为0.008%。

N：0.001~0.005%

N（氮）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这种现象，但是当加入过多的这样的元素时，在钢被熔融时需要对环境条件（如温度等）进行控制，使成本增加；同时，N过高还会造成材料的脆性转变温度高，室温、低温韧性差，焊后耐蚀性下降，因此，为了避免N过高造成材料的韧性下降及成本增加，N的重量百分比应控制在0.005%以下。N是形成奥氏体的最强有效元素之一，与C一样， N也是用以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还可以与钢中的Cr或Mo结合以形成簇合物，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0.001%以上。本发明中N的重量百分比为0.001~0.005%，既可以满足材料的韧性和成本要求，又可以保证材料的强度，优选的，N的重量百分比为0.002~0.004%，更为优选的，N的重量百分比为0.003%。

Si：0.01~0.05%

Si（硅）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0.01%以上。但加入大量的Si对材料的热加工性和韧性不利，对常温下成型也不利，为了避免Si过高造成材料的热加工性和韧性下降，Si的重量百分比应控制在0.05%以下。本发明中Si的重量百分比为0.01~0.05%，既可以满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可以保证材料的热加工性和韧性，优选的，Si的重量百分比为0.02~0.04%，更为优选的，Si的重量百分比为0.03%。

Mn：0.1~0.5%

Mn（锰）是奥氏体形成元素，成本低，可以替代Ni形成奥氏体，在将钢熔融和精炼时，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1%以上。但是，Mn对高温下的抗氧化性会产生不利的作用，使材料的韧性和耐腐蚀性降低，为了避免Mn过高造成材料的韧性和耐腐蚀性下降，Mn的重量百分比应控制在1.8%以下。本发明中Mn的重量百分比为0.1~0.5%，既可以满足材料的强度和硬度要求，又可以保证材料的韧性和耐腐蚀性，优选的，Mn的重量百分比为0.2~0.4%，更为优选的，Mn的重量百分比为0.3%。

Cr：12~16%

Cr（铬）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，奥氏体不锈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，Cr可提高不锈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Cr含量过低还会导致马氏体转变温度（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，Cr的重量百分比应控制在12%以上。但Cr在提高钢的耐腐蚀性的同时会降低材料的塑性和韧性，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韧性下降，Cr的重量百分比应控制在16%以下。本发明中Cr的重量百分比为12~16%，既可以满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可以保证材料的塑性和韧性，优选的，Cr的重量百分比为13~15%，更为优选的，Cr的重量百分比为14%。

Ni：0.5~1.5%

Ni（镍）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的添加还可以改善铁素体不锈钢的塑性和韧性，量少时可以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0.5%以上。但大量加入Ni会使得Ms点降低到以通常的淬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过高造成材料的耐腐蚀性降低以及节约成本，Ni的重量百分比应控制在1.5%以下。本发明中Ni的重量百分比为0.5~1.5%，既可以满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可以节约生产成本，优选的，Ni的重量百分比为0.8~1.2%，更为优选的，Ni的重量百分比为1%。

Mo：0.1~0.5%

Mo（钼）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，还可以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0.1%以上。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锈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0.5%以下。本发明中Mo的重量百分比为0.1~0.5%，既可以满足材料的强度和耐腐蚀性要求，又可以节约生产成本，优选的，Mo的重量百分比为0.2~0.4%，更为优选的，Mo的重量百分比为0.3%。

V：0.05~0.25%

V（钒）能够细化晶粒均匀组织，使材料更加强韧，V还对微合金化钢中的碳氮化物的析出具有重要作用，钒的氮化物颗粒小，析出率高、强化效果好；V对N具有中性亲和力，V将N从“杂质”转化成一种有效合金；V具有通过形成氮化钒，从铁素体固溶体中除去N，并使材料非时效，通过形成无数的氮化钒细晶核，增加强化析出的有效性的双重作用，因此，为了提高材料的韧性和强度， V的重量百分比应控制在0.05%以上。但过高的V含量会影响材料的加工性能和塑性，为了避免V过高造成材料的加工性能和塑性下降，V的重量百分比应控制在0.25%以下。本发明中V的重量百分比为0.05~0.25%，既可以满足材料的韧性和强度要求，又可以满足材料的加工性能和塑性，优选的，V的重量百分比为0.1~0.2%，更为优选的，V的重量百分比为0.15%。

Re：0.02~0.08%

本发明添加的稀土RE（铼）的重量百分比控制在0.02~0.08%的范围，可获得具有良好室温、低温冲击韧性的含稀土铁素体不锈钢。在铁素体不锈钢中，微量稀土元素通过大量吸附碳原子，使铁素体不锈钢析出碳化物的总量减少，同时通过变质夹杂物，使裂纹源区的断口形貌发生了变化，从而提高钢的冲击韧性，因此，为了提高材料的冲击韧性，Re的重量百分比应控制在0.02%以上。但过多的加入稀土Re，会与钢的基体发生反应，形成铁铈脆性相，同时会引起钢中夹杂物总量增加，影响钢的洁净度，导致韧性下降，因此，为了避免Re过高造成材料的冲击韧性下降，Re的重量百分比应控制在0.08%以下。本发明中Re的重量百分比为0.02~0.08%，可以使材料的冲击韧性性能最佳，优选的，Re的重量百分比为0.03~0.07%，更为优选的，Re的重量百分比为0.05%。

Nb：0.02~0.08%

Nb（铌）为铁素体形成元素，可以细化晶粒，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，在热处理温度范围内，长时间保温；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，提高钢的再结晶温度，使钢的晶粒细化，提高钢的强度，因此，为了提高材料的强度及稳定性，Nb的重量百分比应控制在0.02%以上。但过量的难熔元素Nb又会导致材料的制造工艺复杂，为了避免Nb过高导致材料的制造工艺复杂，Nb的重量百分比应控制在0.08%以下。本发明中Nb的重量百分比为0.02~0.08%，既可以满足材料的强度及稳定性要求，又可以简化工艺，优选的，Nb的重量百分比为0.03~0.07%，更为优选的，Nb的重量百分比为0.05%。

Ti：0.08~0.12%

Ti（钛）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温度，使钢的晶粒细化，提高钢的强度，因此，为了提高材料的强度及稳定性，Nb的重量百分比应控制在0.08%以上。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0.12%以下。本发明中Ti的重量百分比为0.08~0.12%，既可以满足材料的强度及稳定性要求，又可以保证材料的质量，简化制造工艺，优选的，Ti的重量百分比为0.09~0.11%，更为优选的，Ti的重量百分比为0.1%。

优选的，以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、O≤0.001%。

P（磷）和S（硫）都是钢中的有害成份，过高的磷和硫含量会导致钢的强度急剧下降，会导致钢材变脆，必须严格的控制。因此，本发明采用的P的质量百分含量控制在0.015%以下，S的重量百分比控制在0.008%以下。

H（氢）和O（氧）在不锈钢材料中会严重影响材料的韧性，O还会使材料的脆性转变温度升高，必须严格控制。因此，本发明采用的H的质量百分含量控制在0.003%以下，O的质量百分含量控制在0.001%以下。

优选的，所述材料的化学成分还包括Y，Y的重量百分比为0.01~0.05%。

Y（钇）元素的加入能够提高材料的机械强度、冲击韧性，并增加耐磨性，本发明采用的Y的质量百分含量控制在0.01~0.05%。

优选的，所述材料的化学成分满足以下公式：

0.8%≤100C+60N≤1.2% ……（1）

10（C+N）≤Si+Mn≤0.5% ……（2）

8.5%+24Mo≤Cr+12Ni≤29.6% ……（3）

1%≤8V+15Re≤3% ……（4）

23%≤（Nb/Ti+2.5）×8.4≤28% ……（5）

其中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Re、Nb和Ti分别代表各元素的重量百分比。

（1）式的（100C+60N）是影响材料的强度、弯曲加工性能、以及焊接部位韧性、进而影响焊接部位冲压加工性能的因素，在本发明中限定在0.8%~1.2%范围内。通过实验证明，当（100C+60N）超过1.2%时，由于C、N使马氏体显著硬化，C、N含量高时，软的铁素体和硬的马氏体的硬度差非常大，弯曲加工时其边界积蓄畸变，容易产生裂纹，从而使得材料的弯曲加工性能和焊接部位的韧性显著降低；此外，当（100C+60N）超过1.2%时，焊接部位的冲压加工性能显著降低，焊接部位冲压加工性能降低的原因是焊接后生成的铁素体和马氏体构成的混合组织中，由于从C、N固溶能力大的奥氏体相变的马氏体中固溶大量的C、N，马氏体的强度增加，与软的铁素体的强度差别过大造成的。C和N在铁素体不锈钢中是不受欢迎的，但又没有办法完全避免，铁素体中C和N，除了能使钢强化外，具有脆性转变温度高，室温、低温韧性差，焊后耐蚀性下降等缺点，C和N之所以没有办法完全避免是因为大气中含有很高的N，且炼钢用原材料铬、废钢等中也含有C，在冶炼过程中虽然能够去除部分和大部分C和N，但若要完全去除则是非常困难的，且钢中C、N越低，铁素体不锈钢成本越高；此外，当（100C+60N）小于0.8%时，马氏体组织的强度过低，即使成为铁素体+马氏体的混合组织，抗拉强度也不能达到850MPa以上；因此，从提高材料的韧性和加工性能出发，（100C+60N）应控制在1.2%以下，从节省成本和提高材料的强度出发，（100C+60N）应控制在0.8%以上。

（2）式的（Si+Mn）是影响材料的强度和脱氧作用的因素，在本发明中限定在10（C+N）~0.5%范围内。通过实验证明，当（Si+Mn）在小于10（C+N）时，得到的材料强度较差，且脱氧效果不好；当（Si+Mn）大于0.5%时，得到的材料热加工性和韧性较差，因此，从提高材料的强度和脱氧作用出发，（Si+Mn）应控制在10（C+N）以上，从提高材料的热加工性和韧性出发，（Si+Mn）应控制在0.5%以下。

（3）式的（Cr+12Ni）是影响材料的强度和耐腐蚀性的因素，在本发明中限定在（8.5%+24Mo）~29.6%的范围内。Cr、Ni和Mo都具有耐腐蚀性的作用，但Cr和Ni复配使用的效果更加显著，通过实验证明，当（Cr+12Ni）小于（8.5%+24Mo）时，得到的材料耐腐蚀性能较差，且强度小；当（Cr+12Ni）大于29.6%时，导致材料的塑性和韧性下降。因此，从提高材料的强度和耐腐蚀性出发，（Cr+12Ni）应控制在（8.5%+24Mo）以上，从提高材料的塑性和韧性出发，（Cr+12Ni）应控制在29.6%以下。

（4）式的（8V+15Re）是影响材料韧性的因素，在本发明中限定在1%~3%的范围内。通过实验证明，当（8V+15Re）小于1%时，得到的材料室温、低温韧性差；当（8V+15Re）大于3%时，材料制造成本增加。因此，从提高材料的韧性出发，（8V+15Re）应控制在1%以上，从节省成本出发，（8V+15Re）应控制在3%以下。

（5）式的[（Nb/Ti+2.5）×8.4]是影响材料的强度和稳定性的因素，在本发明中限定在24%~28%范围内。通过实验证明，当[（Nb/Ti+2.5）×8.4]小于24%时，得到的材料稳定性差，且强度小；当[（Nb/Ti+2.5）×8.4]大于28%时，材料的制造工艺复杂，不经济。因此，从提高材料的强度和稳定性出发，[（Nb/Ti+2.5）×8.4]应控制在24%以上，从简化材料的制造工艺出发，[（Nb/Ti+2.5）×8.4]应控制在28%以下。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

A、冶炼：将上述配比的高韧性不锈钢咖啡壶材料依次经电炉EF、氢氧脱碳炉AOD和真空氧精炼炉VOD进行冶炼，得到钢水；

三步法冶炼的工艺流程是：电炉EF—氢氧脱碳炉AOD—真空氧精炼炉VOD；电炉EF只起熔化初炼作用，负责向AOD等精炼炉提供初炼钢水，AOD炉的功能主要是快速脱碳，并避免铬的氧化，最后由真空吹氧精炼炉VOD完成最终成分的微调、纯净度的控制，该法可用来生产超低碳、超低氮的不锈钢。

B、连铸：将步骤A得到的钢水在搅拌条件下连铸成连铸坯，连铸坯以20~25℃/h的速度缓慢冷却，再在450~550℃温度下进行热修磨；

连铸即连续铸钢，具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。连续铸钢是一项把钢水直接浇注成形的先进技术，与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。

C、热轧：将步骤B热修磨后的连铸坯加热至1050~1100℃，保温180~220min后进行热轧，然后冷却至550~650℃进行卷取，获得钢卷，将卷取后获得的钢卷快速水冷；

热轧具有如下优点：（1）热轧能显著降低能耗，降低成本，热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的热轧型钢能量消耗；（2）热轧能改善金属及合金的加工工艺性能，即将铸造状态的粗大晶粒破碎，显著裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为变形组织，提高合金的加工性能；（3）热轧通常采用大铸锭，大压下量轧制，不仅提高了生产效率，而且为提高轧制速度、实现轧制过程的连续化和自动化创造了条件。

D、热轧后退火：将步骤C水冷后的钢卷在500~600℃下进行连续退火，保温4~6h，退火后采用水冷快速冷却，水冷的速度为15~25℃/ s；

退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却，退火的目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

E、酸洗：将步骤D热轧后退火后的钢卷喷砂，然后进行酸洗处理，去除钢卷表面的氧化皮；

F、冷轧：将步骤E酸洗后的钢卷进行冷轧获得冷轧带钢，控制冷轧的总压下率为85~95%；

冷轧，是在热轧板卷的基础上加工轧制出来的，冷轧钢具有良好的性能，即通过冷轧，可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和钢板，平直度高、表面光洁度高、冷轧板表面清洁光亮、易于进行涂镀加工、品种多，用途广，同时具有冲压性能高和不时效、屈服点低的特点。

G、冷轧后退火：将步骤F获得的冷轧带钢在1000~1050℃下进行连续退火，并保温1~3min，然后采用空冷、雾冷、水冷三段快速冷却，冷却速率大于40℃/s。

本发明的制备方法采用三步法冶炼、连铸、热扎、冷轧处理等步骤，均可以提高钢的韧性，并降低了高韧性不锈钢成品的生产成本，且具有较好的塑性，满足变形加工的需要。

优选的，所述步骤C 中，热轧的终轧温度为820~860℃，轧制总变形量控制在96~98%，水冷的速度为35~45℃/min。

优选的，所述步骤E中，酸洗时采用硫酸水溶液进行酸洗，硫酸水溶液中硫酸的质量浓度为350~450g/L。

优选的，所述步骤G之后还包括酸洗步骤，酸洗时采用硝酸和氢氟酸的混酸水溶液进行酸洗；混酸水溶液中，氢氟酸的质量浓度为35~45g/L，硝酸的质量浓度为150~250g/L。

本发明的有益效果在于：本发明的高韧性不锈钢咖啡壶材料加入了V和Re元素，能显著提高材料的冲击韧性和断裂韧性；还降低了材料的生产成本，而且可节约不可再生的Ni资源，属于环保型材料。

本发明的高韧性不锈钢咖啡壶材料，与传统的类似材料比较，本发明的不锈钢咖啡壶材料的抗拉强度≥800Mpa，屈服强度≥650Mpa；冲击韧性≥320J，断裂韧性≥180J，断裂伸长率≥40%，硬度≥46HRC，还具有优良的耐腐蚀性能：3.5%NaCl溶液环境下材料的腐蚀速度≥0.0121mm/年，在5%H₂S0₄溶液环境下材料的腐蚀速度≥0.0372mm/年，良好的综合性能，便于加工，成本低。

本发明的高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Re、Nb和Ti，余量为铁和杂质，通过严格控制每种元素的含量，使材料具有较高的冲击韧性和断裂韧性，生产成本低，且还具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。

本发明的制备方法与本发明的材料配合使用，可以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，可大规模工业化生产。

具体实施方式：

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.006%、N：0.005%、Si：0.01%、Mn：0.48%、Cr：12%、Ni：1.5%、Mo：0.1%、V：0.05%、Re：0.08%、Nb：0.08%、Ti：0.08%、Y：0.01%、余量为铁和杂质。以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.045%，其中，P≤0.014%、S≤0.007%、H≤0.001%、O≤0.001%。

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

B、连铸：将步骤A得到的钢水在搅拌条件下连铸成连铸坯，连铸坯以20℃/h的速度缓慢冷却，再在450℃温度下进行热修磨；

C、热轧：将步骤B热修磨后的连铸坯加热至1050℃，保温180min后进行热轧，然后冷却至550℃进行卷取，获得钢卷，将卷取后获得的钢卷快速水冷；

D、热轧后退火：将步骤C水冷后的钢卷在500℃下进行连续退火，保温4h，退火后采用水冷快速冷却，水冷的速度为15℃/ s；

F、冷轧：将步骤E酸洗后的钢卷进行冷轧获得冷轧带钢，控制冷轧的总压下率为85%；

G、冷轧后退火：将步骤F获得的冷轧带钢在1000℃下进行连续退火，并保温1min，然后采用空冷、雾冷、水冷三段快速冷却，冷却速率为42℃/s。

所述步骤C 中，热轧的终轧温度为820℃，轧制总变形量控制在96%，水冷的速度为35℃/min。

所述步骤E中，酸洗时采用硫酸水溶液进行酸洗，硫酸水溶液中硫酸的质量浓度为350g/L。

所述步骤G之后还包括酸洗步骤，酸洗时采用硝酸和氢氟酸的混酸水溶液进行酸洗；混酸水溶液中，氢氟酸的质量浓度为35g/L，硝酸的质量浓度为150g/L。

本实施例制得的高韧性不锈钢咖啡壶材料的机械物理性能如表1所示。

实施例2

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.007%、N：0.004%、Si：0.02%、Mn：0.4%、Cr：13%、Ni：1.2%、Mo：0.2%、V：0.1%、Re：0.07%、Nb：0.03%、Ti：0.09%、余量为铁和杂质。以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.033%，其中，P≤0.013%、S≤0.006%、H≤0.002%、O≤0.001%。

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

B、连铸：将步骤A得到的钢水在搅拌条件下连铸成连铸坯，连铸坯以21℃/h的速度缓慢冷却，再在480℃温度下进行热修磨；

C、热轧：将步骤B热修磨后的连铸坯加热至1060℃，保温190min后进行热轧，然后冷却至580℃进行卷取，获得钢卷，将卷取后获得的钢卷快速水冷；

D、热轧后退火：将步骤C水冷后的钢卷在520℃下进行连续退火，保温5h，退火后采用水冷快速冷却，水冷的速度为20℃/ s；

F、冷轧：将步骤E酸洗后的钢卷进行冷轧获得冷轧带钢，控制冷轧的总压下率为90%；

G、冷轧后退火：将步骤F获得的冷轧带钢在1010℃下进行连续退火，并保温2min，然后采用空冷、雾冷、水冷三段快速冷却，冷却速率为44℃/s。

所述步骤C 中，热轧的终轧温度为830℃，轧制总变形量控制在97%，水冷的速度为40℃/min。

所述步骤E中，酸洗时采用硫酸水溶液进行酸洗，硫酸水溶液中硫酸的质量浓度为400g/L。

实施例3

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.008%、N：0.003%、Si：0.03%、Mn：0.3%、Cr：14%、Ni：1%、Mo：0.3%、V：0.15%、Re：0.05%、Nb：0.05%、Ti：0.1%、Y：0.03%、余量为铁和杂质。以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.036%，其中，P≤0.012%、S≤0.005%、H≤0.002%、O≤0.001%。

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

B、连铸：将步骤A得到的钢水在搅拌条件下连铸成连铸坯，连铸坯以23℃/h的速度缓慢冷却，再在500℃温度下进行热修磨；

C、热轧：将步骤B热修磨后的连铸坯加热至1070℃，保温200min后进行热轧，然后冷却至600℃进行卷取，获得钢卷，将卷取后获得的钢卷快速水冷；

D、热轧后退火：将步骤C水冷后的钢卷在550℃下进行连续退火，保温4h，退火后采用水冷快速冷却，水冷的速度为25℃/ s；

G、冷轧后退火：将步骤F获得的冷轧带钢在1020℃下进行连续退火，并保温3min，然后采用空冷、雾冷、水冷三段快速冷却，冷却速率为46℃/s。

所述步骤C 中，热轧的终轧温度为840℃，轧制总变形量控制在98%，水冷的速度为45℃/min。

所述步骤E中，酸洗时采用硫酸水溶液进行酸洗，硫酸水溶液中硫酸的质量浓度为450g/L。

所述步骤G之后还包括酸洗步骤，酸洗时采用硝酸和氢氟酸的混酸水溶液进行酸洗；混酸水溶液中，氢氟酸的质量浓度为45g/L，硝酸的质量浓度为200g/L。

实施例4

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.009%、N：0.002%、Si：0.04%、Mn：0.2%、Cr：15%、Ni：0.8%、Mo：0.4%、V：0.2%、Re：0.03%、Nb：0.07%、Ti：0.11%、余量为铁和杂质。以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.028%，其中，P≤0.011%、S≤0.004%、H≤0.001%、O≤0.001%。

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

B、连铸：将步骤A得到的钢水在搅拌条件下连铸成连铸坯，连铸坯以24℃/h的速度缓慢冷却，再在520℃温度下进行热修磨；

C、热轧：将步骤B热修磨后的连铸坯加热至1090℃，保温210min后进行热轧，然后冷却至620℃进行卷取，获得钢卷，将卷取后获得的钢卷快速水冷；

D、热轧后退火：将步骤C水冷后的钢卷在580℃下进行连续退火，保温5h，退火后采用水冷快速冷却，水冷的速度为20℃/ s；

G、冷轧后退火：将步骤F获得的冷轧带钢在1030℃下进行连续退火，并保温1min，然后采用空冷、雾冷、水冷三段快速冷却，冷却速率为48℃/s。

所述步骤C 中，热轧的终轧温度为850℃，轧制总变形量控制在97%，水冷的速度为35℃/min。

实施例5

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C： 0.01%、N：0.001%、Si：0.05%、Mn：0.1%、Cr：16%、Ni：0.5%、Mo：0.5%、V：0.25%、Re：0.02%、Nb：0.08%、Ti：0.12%、Y：0.05%、余量为铁和杂质。以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.041%，其中，P≤0.01%、S≤0.003%、H≤0.001%、O≤0.001%。

一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

B、连铸：将步骤A得到的钢水在搅拌条件下连铸成连铸坯，连铸坯以25℃/h的速度缓慢冷却，再在550℃温度下进行热修磨；

C、热轧：将步骤B热修磨后的连铸坯加热至1100℃，保温220min后进行热轧，然后冷却至650℃进行卷取，获得钢卷，将卷取后获得的钢卷快速水冷；

D、热轧后退火：将步骤C水冷后的钢卷在600℃下进行连续退火，保温6h，退火后采用水冷快速冷却，水冷的速度为25℃/ s；

F、冷轧：将步骤E酸洗后的钢卷进行冷轧获得冷轧带钢，控制冷轧的总压下率为95%；

G、冷轧后退火：将步骤F获得的冷轧带钢在1050℃下进行连续退火，并保温3min，然后采用空冷、雾冷、水冷三段快速冷却，冷却速率为50℃/s。

所述步骤C 中，热轧的终轧温度为860℃，轧制总变形量控制在98%，水冷的速度为40℃/min。

所述步骤G之后还包括酸洗步骤，酸洗时采用硝酸和氢氟酸的混酸水溶液进行酸洗；混酸水溶液中，氢氟酸的质量浓度为45g/L，硝酸的质量浓度为250g/L。

表1 实施例1~5制得的高韧性不锈钢咖啡壶材料的机械物理性能

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						抗拉强度（MPa）	800	840	860	850	830
屈服强度（MPa）	570	690	680	660	650
						冲击韧性（J）	330	320	350	346	340
断裂韧性（MPa ）	200	210	220	180	190
						断裂伸长率（%）	40	43	45	44	42
硬度（HRC）	47	49	50	48	46
						3.5%NaCl溶液环境下的腐蚀速度（mm/年）	0.0125	0.0121	0.0126	0.0128	0.0123
5%H₂S0₄溶液环境下的腐蚀速度（mm/年）	0.0374	0.0376	0.0375	0.0372	0.0373

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.006~0.01%、N：0.001~0.005%、Si：0.01~0.05%、Mn：0.1~0.5%、Cr：12~16%、Ni：0.5~1.5%、Mo：0.1~0.5%、V：0.05~0.25%、Re：0.02~0.08%、Nb：0.02~0.08%、Ti：0.08~0.12%、余量为铁和杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.007~0.009%、N：0.002~0.004%、Si：0.02~0.04%、Mn：0.2~0.4%、Cr：13~15%、Ni：0.8~1.2%、Mo：0.2~0.4%、V：0.1~0.2%、Re：0.03~0.07%、Nb：0.03~0.07%、Ti：0.09~0.11%、余量为铁和杂质。

3.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.008%、N：0.003%、Si：0.03%、Mn：0.3%、Cr：14%、Ni：1%、Mo：0.3%、V：0.15%、Re：0.05%、Nb：0.05%、Ti：0.1%、余量为铁和杂质。

4.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、O≤0.001%。

5.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：所述材料的化学成分还包括Y，Y的重量百分比为0.01~0.05%。

6.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：所述材料的化学成分满足以下公式：

0.8%≤100C+60N≤1.2% ……（1）

10（C+N）≤Si+Mn≤0.5% ……（2）

8.5%+24Mo≤Cr+12Ni≤29.6% ……（3）

1%≤8V+15Re≤3% ……（4）

23%≤（Nb/Ti+2.5）×8.4≤28% ……（5）

7.如权利要求1~6任一项所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤C 中，热轧的终轧温度为820~860℃，轧制总变形量控制在96~98%，水冷的速度为35~45℃/min。

9.根据权利要求7所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤E中，酸洗时采用硫酸水溶液进行酸洗，硫酸水溶液中硫酸的质量浓度为350~450g/L。

10.根据权利要求7所述的一种高韧性不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤G之后还包括酸洗步骤，酸洗时采用硝酸和氢氟酸的混酸水溶液进行酸洗；混酸水溶液中，氢氟酸的质量浓度为35~45g/L，硝酸的质量浓度为150~250g/L。