CN105671446A - 一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及咖啡壶材料技术领域，具体涉及一种高弹性环保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：0.06-0.10%、N：0.27-0.31%、Si：1.2-1.6%、Mn：0.4-0.8%、Cr：17-19%、Ni：11-13%、Mo：2.6-3.0%、Nb：0.4-0.8%、Ti：0.9-1.3%、Cu：1-5%、Ge：0.02-0.06%、K：0.01-0.05%、余量为铁和杂质。本发明的不锈钢咖啡壶材料具有较高的弹性，环保，且还具有较高的强度、韧性、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。

Description

一种高弹性环保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，具体涉及一种高弹性环保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韧性、强度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，是市场上的主要销售种类。

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弹性的不锈钢材料制造，而现有技术中的不锈钢材料还不能完全满足目前使用和制造的要求，存在弹性差、不环保等缺点，因此需要开发一种高弹性且环保的不锈钢材料。

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弹性环保不锈钢咖啡壶材料，该不锈钢咖啡壶材料具有较高的弹性，环保，且还具有较高的强度、韧性、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弹性环保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，生产环保，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：一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.06-0.10%、N：0.27-0.31%、Si：1.2-1.6%、Mn：0.4-0.8%、Cr：17-19%、Ni：11-13%、Mo：2.6-3.0%、Nb：0.4-0.8%、Ti：0.9-1.3%、Cu：1-5%、Ge：0.02-0.06%、K：0.01-0.05%、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：0.07-0.09%、N：0.28-0.30%、Si：1.3-1.5%、Mn：0.5-0.7%、Cr：17.5-18.5%、Ni：11.5-12.5%、Mo：2.7-2.9%、Nb：0.5-0.7%、Ti：1.0-1.2%、Cu：2-4%、Ge：0.03-0.05%、K：0.02-0.04%、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：0.08%、N：0.29%、Si：1.4%、Mn：0.6%、Cr：18%、Ni：12%、Mo：2.8%、Nb：0.6%、Ti：1.1%、Cu：3%、Ge：0.04%、K：0.03%、余量为铁和杂质。

本发明的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的化学成分设计理由如下：

C：0.06-0.10%

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，为了有效地提高材料的强度，C的重量百分比应控制在0.06%以上。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0.10%以下。本发明中C的重量百分比为0.06-0.10%，既可以满足材料的强度要求，又可以保证材料的韧性和耐腐蚀性，优选的，C的重量百分比为0.07-0.09%，更为优选的，C的重量百分比为0.08%。

N：0.27-0.31%

N（氮）是形成奥氏体的最强有效元素之一，与C一样，N也是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0.27%以上。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，因此，为了避免N过高增加熔融和铸造的难度，N的重量百分比应控制在0.31%以下。本发明中N的重量百分比为0.27-0.31%，既可以满足材料的强度要求，又可以保证材料的加工性能，优选的，N的重量百分比为0.28-0.30%，更为优选的，N的重量百分比为0.29%。

Si：1.2-1.6%

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1.2%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1.6%以下。本发明中Si的重量百分比为1.2-1.6%，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1.3-1.5%，更为优选的，Si的重量百分比为1.4%。

Mn：0.4-0.8%

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0.4%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0.8%以下。本发明中Mn的重量百分比为0.4-0.8%，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0.5-0.7%，更为优选的，Mn的重量百分比为0.6%。

Cr：17-19%

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17%以上。但Cr在提高钢的强度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19%以下。本发明中Cr的重量百分比为17-19%，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17.5-18.5%，更为优选的，Cr的重量百分比为18%。

Ni：11-13%

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11%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过高造成材料的强度和耐腐蚀性降低以及节约成本，Ni的重量百分比应控制在13%以下。本发明中Ni的重量百分比为11-13%，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11.5-12.5%，更为优选的，Ni的重量百分比为12%。

Mo：2.6-3.0%

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2.6%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3.0%以下。本发明中Mo的重量百分比为2.6-3.0%，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2.7-2.9%，更为优选的，Mo的重量百分比为2.8%。

Nb：0.4-0.8%

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0.4%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0.8%以下。本发明中Nb的重量百分比为0.4-0.8%，既可以满足材料的抗拉强度和屈服强度要求，又可以简化工艺，优选的，Nb的重量百分比为0.5-0.7%，更为优选的，Nb的重量百分比为0.6%。

Ti：0.9-1.3%

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0.9%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1.3%以下。本发明中Ti的重量百分比为0.9-1.3%，既可以满足材料的抗拉强度和屈服强度要求，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1.0-1.2%，更为优选的，Ti的重量百分比为1.1%。

Cu：1-5%

Cu（铜）不锈钢中添加Cu含量超过一定比例后，施以合理的时效热处理，可以使基体中弥散析出富铜相，从而赋予材料具有抗菌性能。Cu含量越高，越容易得到具有抗菌性的富铜相，但是随着Cu含量的提高，不锈钢的弹性和热加工性能变差，因此本发明添加1-5%重量的铜，以达到理想的抗菌性能并兼顾弹性和热加工性。优选的，Cu的重量百分比为2-4%，更为优选的，Cu的重量百分比为3%。通过时效热处理容易获得抗菌相，同时也确保材料具有良好的弹性和热加工性能。

Ge：0.02-0.06%

Ge（锗）是使不锈钢材料耐点蚀性及耐间隙腐蚀性显著提高的元素，为了提高不锈钢材料的耐腐蚀性能，Ge的质量百分含量控制在0.02%以上；但Ge的质量百分含量超过0.06%时，弹性和热加工性降低。因此，将Ge的质量百分含量控制在0.02-0.06%，即可以提高不锈钢材料的耐腐蚀性能，又可以保证其弹性和热加工性能。优选的，Ge的质量百分含量为0.03-0.05%，更为优选的，Ge的质量百分含量为0.04%。

K：0.01-0.05%

K（钾）在精炼工序中使钢脱氧，K还提高热加工性，为了获得这些效果，K含有量的下限为0.01％。另一方面，若过剩地含有K，则会在钢中大量地生成KO等夹杂物，使钢的弹性和韧性降低。因此，K含有量的上限为0.05％。本发明中K的重量百分比为0.01-0.05%，既可以满足材料的热加工性能，又可以保证材料的弹性和韧性，优选的，K的重量百分比为0.02-0.04%，更为优选的，K的重量百分比为0.03%。

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的质量百分含量控制在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，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以下重量百分比的稀土元素：Y：0.008-0.012%、Sc：0.004-0.008%和Pr：0.001-0.005%。

稀土元素Y（钇）加入到不锈钢材料中，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如耐热性、韧性、焊接性、耐磨性等。稀土元素Y对软氮化过程具有显著的催渗作用，增加化合物层中的（γ）相含量，并使表面硬度和耐磨性发生相应变化；Y能提高的耐热性能，提高材料表面的耐腐蚀性，适量加入Y能有效提高渗层的冲击韧性。本发明中Y的重量百分比为0.008-0.012%，既可以满足材料的耐热性要求，又可以满足材料的耐腐蚀性和冲击韧性，优选的，Y的重量百分比为0.009-0.011%，更为优选的，Y的重量百分比为0.010%。

稀土元素Sc（钪）可以和不锈钢材料中的Si的共同作用，可以保证材料在1150℃仍具有良好的抗氧化性能；而N、C以及稀土Sc等元素的存在，使得其具有与镍基合金相当的持久强度，而且N对脆性的σ相析出有延缓作用，提高了材料在高温条件下的组织稳定性。本发明通过控制不锈钢中N与稀土Sc的含量，并且降低了不锈钢中O与S的含量，从而保证了合金具有优良的耐热性及优良的塑性，具有比OCr₂₅Ni₂O更好的高温使用性能，同时明显降低Ni的含量，有效地节约了资源，降低了制造成本。本发明中Sc的重量百分比为0.004-0.008%，既可以满足材料的耐热性和塑性要求，又可以降低制造成本，优选的，Sc的重量百分比为0.005-0.007%，更为优选的，Sc的重量百分比为0.006%。

在铁素体不锈钢中，稀土元素稀土Pr（镨）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，Pr的重量百分比应控制在0.001%以上。但过多的加入稀土Pr，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Pr过高造成材料的冲击韧性下降，Pr的重量百分比应控制在0.005%以下。本发明中Pr的重量百分比为0.001-0.005%，可以使材料的冲击韧性性能最佳，优选的，Pr的重量百分比为0.002-0.004%，更为优选的，Pr的重量百分比为0.003%。

本发明通过加入Y、Sc和Pr三种稀土元素，能够提高材料的机械强度和硬度，并增加耐磨性。

优选的，所述材料的化学成分满足以下公式：

0.35%≤C+N≤0.40%……（1）

1.8%≤Si+Mn≤2.2%……（2）

25.8≤Cr+Ni-Mo≤28.6%……（3）

0.4%≤Nb/Ti≤0.8%……（4）

1.1%≤Cu+Ge+K≤5.1%……（5）

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

（1）式的（C+N）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0.35%-0.40%范围内。通过实验证明，当（C+N）小于0.35%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。当（C+N）超过0.40%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（C+N）超过0.40%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。因此，从提高材料的强度出发，（C+N）应控制在0.35%以上，从提高材料的加工性能出发，（C+N）应控制在0.40%以下。

（2）式的（Si+Mn）是影响材料的强度和韧性的因素，在本发明中限定在1.8-2.2%范围内。通过实验证明，当（Si+Mn）小于1.8%时，得到的材料强度较差，且脱氧效果不好；当（Si+Mn）大于2.2%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1.8%以上，从提高材料的热加工性和韧性出发，（Si+Mn）应控制在2.2%以下。

（3）式的（Cr+Ni-Mo）是影响材料的强度和耐腐蚀性的因素，在本发明中限定在25.8-28.6%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+Ni-Mo）小于25.8%时，得到的材料耐腐蚀性能较差，且强度小；当（Cr+Ni-Mo）大于28.6%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+Ni-Mo）应控制在25.8%以上，从提高材料的塑性和韧性出发，（Cr+Ni-Mo）应控制在28.6%以下。

（4）式的（Nb/Ti）是影响材料的强度和稳定性的因素，在本发明中限定在0.4%-0.8%范围内。通过实验证明，当（Nb/Ti）小于0.4%时，得到的材料强度小，且稳定性较差，当（Nb/Ti）大于0.8%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）应控制在0.4%以上，从简化材料的制造工艺出发，（Nb/Ti）应控制在0.8%以下。

（5）式的（Cu+Ge+K）是影响材料的强度和弹性的因素，在本发明中限定在1.1%-0.5%范围内。通过实验证明，当（Cu+Ge+K）小于1.1%时，得到的材料强度小，且弹性较差，当（Cu+Ge+K）大于5.1%时，材料的制造工艺复杂，不经济。因此，从提高材料的强度和弹性出发，（Cu+Ge+K）应控制在1.1%以上，从简化材料的制造工艺出发，（Cu+Ge+K）应控制在5.1%以下。

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

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在0.5-2.5Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.1-0.5Pa真空度下，以1.5-3.5Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1080-1120℃温度下进行均匀化处理，处理时间为32-40h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为980-1020℃，终锻温度为820-860℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1000-1040℃温度下进行固溶处理，处理时间为2-3h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

真空感应炉冶炼具有如下优点：冶炼的合金纯净，性能水平高；熔炼出的钢和合金气体含量低；金属不易氧化；材料纯度高；能准确的调整和控制化学成分；能提高钢的强度，并降低了高强度不锈钢成品的生产成本。

均匀化处理作为提高锭坯的冶金质量及挤压性能的手段，目前已经成为了提高锭坯的冶金质量的最重要方法。均匀化处理是利用在高温进行长时间加热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称为扩散退火。退火的目的是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力，同时可提高硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。

固溶处理是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的作用主要是改善钢和合金的强度、塑性和韧性；使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。

热处理是指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺，时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。

优选的，所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至450-550℃，将真空感应炉抽真空至0.5-2.5Pa，以6-8Kg/min的熔化速度进行熔化；

先加入C能够为C-O反应提供充足的C量，从而有利于N、O等气体的排除；由于Cr很容易与N结合，不利于熔体中N的去除，因此金属Cr须全部留出，待N合格后加入；由于金属Mn容易挥发，因此金属Cr须全部留出，在出炉前几分钟加入。

A2、待加入的物质全部熔化后，以1480-1520℃的温度进行精炼，保持50-70min；

待熔液面保持平静不再有气泡溢出时，即全溶后，进行精炼。精炼的温度越高，精炼时间越长，脱气效果越好，熔体中气体含量越低。但温度过高或时间过长，会加剧坩埚供氧反应，使钢中氧含量反而上升，此次精炼的温度控制在1480-1540℃，保持时间控制在50-70min。

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以6-8Kg/min的熔化速度进行熔化；

由于Cr很容易与N结合，不利于熔体中N的去除，因此金属Cr须全部留出，待N合格后加入；由于此阶段Cr加入量较多，可能带入较多的N，因此此阶段需要对Cr进行慢速熔化，从而使N尽可能的排除。

A4、待Cr熔化后，再次以1480-1520℃的温度进行精炼，精炼时间控制为10-20min；

待熔液面保持平静不再有气泡溢出时，即全溶后，进行精炼。精炼的温度越高，精炼时间越长，脱气效果越好，熔体中气体含量越低。但温度过高或时间过长，会加剧坩埚供氧反应，使钢中氧含量反而上升，此次精炼的温度控制在1480-1540℃，保持时间控制在10-20min。

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在1500-2000r/min转速下搅拌1-3min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

Mn在真空感应冶炼中挥发很大，因此金属Mn必须全部留出，在出炉前几分钟加入。

优选的，所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1000-1040℃温度下保温40-80min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-100～-140℃温度下冷处理40-80min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在600-640℃温度下保温4-8h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在900-940℃温度下保温5-15min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在360-400℃温度下保温1-3h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，所述不锈钢咖啡壶根据上述所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为60-70℃的除油液中除油8-12min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠30-40g、碳酸钠20-30g、磷酸钠15-25g、异辛基硫酸钠2-4g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗3-5min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸60-100mL、盐酸60-100mL、乙醇60-100mL、硅酸钠2-4g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为6-10%的硫酸溶液中活化10-20s，活化温度为60-70℃；活化后用超声波在室温下清洗2-4min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸30-40mL，十二烷基硫酸钠35-45mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在100-120℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。

本发明的有益效果在于：本发明的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料加入了Cu、Ge和K元素，能显著提高材料的强度和弹性；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。

本发明的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，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≥860Mpa，屈服强度≥700Mpa；冲击韧性≥200J，断裂韧性≥130J，断裂伸长率≥34%，硬度≥54HRC，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≥0.0118mm/年，在5%H₂S0₄溶液环境下材料的腐蚀速度≥0.0376mm/年，良好的综合性能，便于加工，环保。

本发明的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Cu、Ge和K，余量为铁和杂质，通过严格控制每种元素的含量，使材料较高的弹性，环保，且还具有较高的强度、韧性、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。

本发明的制备方法采用真空感应冶炼、均匀化处理、固溶处理和热处理等步骤，均可以提高钢的强度，并降低了高强度不锈钢成品的生产成本，且有较好的塑性，满足变形加工的需要。

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，生产环保，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

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.06%、N：0.31%、Si：1.2%、Mn：0.8%、Cr：17%、Ni：13%、Mo：3.0%、Nb：0.4%、Ti：0.9%、Cu：1%、Ge：0.06%、K：0.05%、余量为铁和杂质；以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、O≤0.001%。

所述材料的化学成分还包括以下重量百分比的稀土元素：Y：0.008%、Sc：0.004%和Pr：0.001%。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在0.5Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.1Pa真空度下，以1.5Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1080℃温度下进行均匀化处理，处理时间为40h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为980℃，终锻温度为820℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1000℃温度下进行固溶处理，处理时间为3h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至450℃，将真空感应炉抽真空至0.5Pa，以6Kg/min的熔化速度进行熔化；

A2、待加入的物质全部熔化后，以1480℃的温度进行精炼，保持70min；

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以6Kg/min的熔化速度进行熔化；

A4、待Cr熔化后，再次以1480℃的温度进行精炼，精炼时间控制为20min；

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在1500r/min转速下搅拌3min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1000℃温度下保温80min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-100℃温度下冷处理80min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在600℃温度下保温8h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在900℃温度下保温15min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在360℃温度下保温3h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，所述不锈钢咖啡壶根据上述所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为70℃的除油液中除油12min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠30g、碳酸钠20g、磷酸钠15g、异辛基硫酸钠2g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗3min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸60mL、盐酸60mL、乙醇60mL、硅酸钠2g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为6%的硫酸溶液中活化20s，活化温度为60℃；活化后用超声波在室温下清洗2min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸30mL，十二烷基硫酸钠35mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在100℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。

实施例2

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.07%、N：0.30%、Si：1.3%、Mn：0.7%、Cr：17.5%、Ni：12.5%、Mo：2.9%、Nb：0.5%、Ti：1.0%、Cu：2%、Ge：0.05%、K：0.04%、余量为铁和杂质；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%。

所述材料的化学成分还包括以下重量百分比的稀土元素：Y：0.009%、Sc：0.005%和Pr：0.002%。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在1.0Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.2Pa真空度下，以2.0Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1090℃温度下进行均匀化处理，处理时间为38h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为990℃，终锻温度为830℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1010℃温度下进行固溶处理，处理时间为2.8h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至480℃，将真空感应炉抽真空至1.0Pa，以6.5Kg/min的熔化速度进行熔化；

A2、待加入的物质全部熔化后，以1490℃的温度进行精炼，保持65min；

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以6.5Kg/min的熔化速度进行熔化；

A4、待Cr熔化后，再次以1490℃的温度进行精炼，精炼时间控制为18min；

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在1600r/min转速下搅拌2.5min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1010℃温度下保温70min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-110℃温度下冷处理70min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在610℃温度下保温7h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在910℃温度下保温12min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在370℃温度下保温2.5h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，所述不锈钢咖啡壶根据上述所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为62℃的除油液中除油11min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠32g、碳酸钠22g、磷酸钠18g、异辛基硫酸钠2.5g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗3.5min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸70mL、盐酸70mL、乙醇70mL、硅酸钠2.5g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为7%的硫酸溶液中活化18s，活化温度为62℃；活化后用超声波在室温下清洗2.5min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸32mL，十二烷基硫酸钠38mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在105℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。

实施例3

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.08%、N：0.29%、Si：1.4%、Mn：0.6%、Cr：18%、Ni：12%、Mo：2.8%、Nb：0.6%、Ti：1.1%、Cu：3%、Ge：0.04%、K：0.03%、余量为铁和杂质；以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、O≤0.001%。

所述材料的化学成分还包括以下重量百分比的稀土元素：Y：0.01%、Sc：0.006%和Pr：0.003%。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在1.5Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.3Pa真空度下，以2.5Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1100℃温度下进行均匀化处理，处理时间为36h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为1000℃，终锻温度为840℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1020℃温度下进行固溶处理，处理时间为2.5h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至500℃，将真空感应炉抽真空至1.5Pa，以7Kg/min的熔化速度进行熔化；

A2、待加入的物质全部熔化后，以1500℃的温度进行精炼，保持60min；

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以7Kg/min的熔化速度进行熔化；

A4、待Cr熔化后，再次以1500℃的温度进行精炼，精炼时间控制为15min；

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在1800r/min转速下搅拌2min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1020℃温度下保温60min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-120℃温度下冷处理60min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在620℃温度下保温6h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在920℃温度下保温10min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在380℃温度下保温2h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，所述不锈钢咖啡壶根据上述所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为65℃的除油液中除油10min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠35g、碳酸钠25g、磷酸钠20g、异辛基硫酸钠3g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗4min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸80mL、盐酸80mL、乙醇80mL、硅酸钠3g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为8%的硫酸溶液中活化15s，活化温度为65℃；活化后用超声波在室温下清洗3min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸35mL，十二烷基硫酸钠40mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在110℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。

实施例4

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.09%、N：0.28%、Si：1.5%、Mn：0.5%、Cr：18.5%、Ni：11.5%、Mo：2.7%、Nb：0.7%、Ti：1.2%、Cu：4%、Ge：0.03%、K：0.02%、余量为铁和杂质；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%。

所述材料的化学成分还包括以下重量百分比的稀土元素：Y：0.011%、Sc：0.007%和Pr：0.004%。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在2.0Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.4Pa真空度下，以3.0Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1110℃温度下进行均匀化处理，处理时间为34h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为1010℃，终锻温度为850℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1030℃温度下进行固溶处理，处理时间为2.2h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至520℃，将真空感应炉抽真空至2.0Pa，以7.5Kg/min的熔化速度进行熔化；

A2、待加入的物质全部熔化后，以1510℃的温度进行精炼，保持65min；

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以7.5Kg/min的熔化速度进行熔化；

A4、待Cr熔化后，再次以1510℃的温度进行精炼，精炼时间控制为12min；

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在1900r/min转速下搅拌1.5min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1030℃温度下保温50min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-130℃温度下冷处理50min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在630℃温度下保温5h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在930℃温度下保温8min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在390℃温度下保温1.5h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，所述不锈钢咖啡壶根据上述所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为68℃的除油液中除油9min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠38g、碳酸钠28g、磷酸钠22g、异辛基硫酸钠3.5g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗4.5min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸90mL、盐酸90mL、乙醇90mL、硅酸钠3.5g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为9%的硫酸溶液中活化12s，活化温度为68℃；活化后用超声波在室温下清洗3.5min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸38mL，十二烷基硫酸钠42mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在115℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。

实施例5

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.10%、N：0.27%、Si：1.6%、Mn：0.4%、Cr：19%、Ni：11%、Mo：2.6%、Nb：0.8%、Ti：1.3%、Cu：5%、Ge：0.02%、K：0.01%、余量为铁和杂质；以重量百分比计，所述杂质的总含量≤0.1%，其中，P≤0.015%、S≤0.008%、H≤0.003%、O≤0.001%。

所述材料的化学成分还包括以下重量百分比的稀土元素：Y：0.012%、Sc：0.008%和Pr：0.005%。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，包括如下步骤：

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在2.5Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.5Pa真空度下，以3.5Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1120℃温度下进行均匀化处理，处理时间为32h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为1020℃，终锻温度为860℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1040℃温度下进行固溶处理，处理时间为2h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至550℃，将真空感应炉抽真空至2.5Pa，以8Kg/min的熔化速度进行熔化；

A2、待加入的物质全部熔化后，以1520℃的温度进行精炼，保持50min；

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以8Kg/min的熔化速度进行熔化；

A4、待Cr熔化后，再次以1520℃的温度进行精炼，精炼时间控制为10min；

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在2000r/min转速下搅拌1min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1040℃温度下保温40min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-140℃温度下冷处理40min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在640℃温度下保温4h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在940℃温度下保温5min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在400℃温度下保温1h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，所述不锈钢咖啡壶根据上述所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为70℃的除油液中除油8min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠40g、碳酸钠30g、磷酸钠25g、异辛基硫酸钠4g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗5min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸100mL、盐酸100mL、乙醇100mL、硅酸钠4g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为10%的硫酸溶液中活化10s，活化温度为70℃；活化后用超声波在室温下清洗4min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸40mL，十二烷基硫酸钠45mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在120℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。

实施例1-5制得的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的机械物理性能如表1所示。

表1

本发明的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，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≥860Mpa，屈服强度≥700Mpa；冲击韧性≥200J，断裂韧性≥130J，断裂伸长率≥34%，硬度≥54HRC，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≥0.0118mm/年，在5%H₂S0₄溶液环境下材料的腐蚀速度≥0.0376mm/年，良好的综合性能，便于加工，环保。

本发明的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其化学成分包括C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Cu、Ge和K，余量为铁和杂质，通过严格控制每种元素的含量，使材料较高的弹性，环保，且还具有较高的强度、韧性、硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，综合性能优异。

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 (10)

1.一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.06-0.10%、N：0.27-0.31%、Si：1.2-1.6%、Mn：0.4-0.8%、Cr：17-19%、Ni：11-13%、Mo：2.6-3.0%、Nb：0.4-0.8%、Ti：0.9-1.3%、Cu：1-5%、Ge：0.02-0.06%、K：0.01-0.05%、余量为铁和杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.07-0.09%、N：0.28-0.30%、Si：1.3-1.5%、Mn：0.5-0.7%、Cr：17.5-18.5%、Ni：11.5-12.5%、Mo：2.7-2.9%、Nb：0.5-0.7%、Ti：1.0-1.2%、Cu：2-4%、Ge：0.03-0.05%、K：0.02-0.04%、余量为铁和杂质。

3.根据权利要求1所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：其化学成分包括以下重量百分比的元素：C：0.08%、N：0.29%、Si：1.4%、Mn：0.6%、Cr：18%、Ni：12%、Mo：2.8%、Nb：0.6%、Ti：1.1%、Cu：3%、Ge：0.04%、K：0.03%、余量为铁和杂质。

4.根据权利要求1所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，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所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料，其特征在于：所述材料的化学成分还包括以下重量百分比的稀土元素：Y：0.008-0.012%、Sc：0.004-0.008%和Pr：0.001-0.005%。

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

0.35%≤C+N≤0.40%……（1）

1.8%≤Si+Mn≤2.2%……（2）

25.8≤Cr+Ni-Mo≤28.6%……（3）

0.4%≤Nb/Ti≤0.8%……（4）

1.1%≤Cu+Ge+K≤5.1%……（5）

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

7.如权利要求1-6任一项所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、真空感应冶炼：按照上述化学成分的配比经真空感应炉在0.5-2.5Pa真空度下进行真空感应冶炼，浇铸成自耗电极；

B、真空自耗重熔：将浇铸后的自耗电极在0.1-0.5Pa真空度下，以1.5-3.5Kg/min的熔速进行真空自耗重熔，得到钢液；

C、均匀化处理：将重熔后的钢液在1080-1120℃温度下进行均匀化处理，处理时间为32-40h；

D锻造成材：将均匀化处理后的钢液进行合金锻造，开锻温度为980-1020℃，终锻温度为820-860℃，得到锻棒；

E、固溶处理：将锻造后的锻棒在1000-1040℃温度下进行固溶处理，处理时间为2-3h，然后油冷至室温，得到钢材；

F、热处理：将固溶处理后的钢材进行热处理，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

8.根据权利要求7所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，真空感应冶炼的工艺步骤具体为：

A1、按照上述化学成分的配比，先将C装入坩埚，然后将除Cr、Mn以外的其余元素装入，放入真空感应炉中，将坩埚预热至450-550℃，将真空感应炉抽真空至0.5-2.5Pa，以6-8Kg/min的熔化速度进行熔化；

A2、待加入的物质全部熔化后，以1480-1520℃的温度进行精炼，保持50-70min；

A3、按照上述化学成分的配比加入Cr，继续以6-8Kg/min的熔化速度进行熔化；

A4、待Cr熔化后，再次以1480-1520℃的温度进行精炼，精炼时间控制为10-20min；

A5、按照上述化学成分的配比加入Mn，在1500-2000r/min转速下搅拌1-3min，待Mn熔化后，浇铸成自耗电极。

9.根据权利要求7所述的一种高弹性环保不锈钢咖啡壶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤F中，热处理的工艺步骤具体为：

F1、将固溶处理后的钢材在1000-1040℃温度下保温40-80min，油冷至室温；

F2、将步骤F1冷却后的钢材在-100～-140℃温度下冷处理40-80min；

F3、将步骤F2冷处理后的钢材在600-640℃温度下保温4-8h，空冷至室温；

F4、将步骤F3冷却后的钢材在900-940℃温度下保温5-15min，水冷或油冷至室温；

F5、将步骤F4冷却后的钢材在360-400℃温度下保温1-3h，空冷至室温，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶材料。

10.一种高弹性环保不锈钢咖啡壶，其特征在于：所述不锈钢咖啡壶根据权利要求1-6任一项所述的高弹性环保不锈钢咖啡壶材料经浇铸成型和表面处理制得；所述表面处理的工艺步骤具体为：

（1）预处理：先用砂纸打磨不锈钢咖啡壶，再进行除油处理，然后水洗去掉残留的除油液；所述除油处理是在温度为60-70℃的除油液中除油8-12min，每升除油液由如下原料组成：氢氧化钠30-40g、碳酸钠20-30g、磷酸钠15-25g、异辛基硫酸钠2-4g，去离子水余量；

（2）酸洗除膜：将步骤（1）预处理后的不锈钢咖啡壶在室温下采用混酸酸洗3-5min后水洗；每升除油液由如下原料组成：硫酸60-100mL、盐酸60-100mL、乙醇60-100mL、硅酸钠2-4g，去离子水余量；

（3）表面活化：将步骤（2）处理后的不锈钢咖啡壶在质量浓度为6-10%的硫酸溶液中活化10-20s，活化温度为60-70℃；活化后用超声波在室温下清洗2-4min，去掉试样表面的腐蚀产物；超声波清洗所用的溶液由如下原料组成：稀盐酸30-40mL，十二烷基硫酸钠35-45mg，去离子水余量；

（4）冲洗烘干：将步骤（3）处理后的不锈钢咖啡壶先用冷水冲洗干净，然后在100-120℃温度下烘干，冷却，制得高弹性环保不锈钢咖啡壶。