本发明涉及合金领域，尤其涉及一种海洋工程用h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝及其制备方法。
背景技术：
我国拥有丰富的海洋资源和蓬勃发展的海洋产业，但是海洋环境非常严酷且具有强腐蚀性，因此，海洋腐蚀与防护是我国经济发展中急需认真解决的问题。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。
海洋船舶、海洋油气钻井平台、海底隧道工程，海底管道、岛礁工程、海水淡化、远洋船舶等方面需要用到大量的钢材，而这些钢材长期处于强腐蚀性的海洋大气和海水中，钢的焊接部位成了最容易腐蚀和断裂的地方，所以此类部件由其特殊的工作环境要求焊缝具有以下性能：之一是在强度方面要超过母材强度；之二是具有较高的冲击韧性；之三是具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
但是目前市面上的常用焊丝材料其综合力学性能都不能满足海洋工程部件的设计要求，不能与之实现高强、耐磨、耐腐蚀匹配。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供一种h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝及其制备方法，以解决现有技术中的上述问题。
为达上述目的，本发明提供一种h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝，该焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：c为0.05～0.075％，si为0.45～0.6％，mn为6.2～7.5％，p为≤0.01％，s为≤0.01％，cr为18.5～19.5％，ni为23.0～24.0％，mo为6.0～6.5％，v为0.75～0.85％，n为0.11～0.16％，ti为≤0.03％，cu为≤0.05％，al为≤0.03％，0≤0.005as≤0.080，余量为fe。
优选地，所述焊丝的力学性能满足：抗拉强度rm为1100～1400mpa。
本发明还提供一种如上所述的h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝的制备方法，该制备方法包括：
(1)备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤；
(2)真空冶炼：将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8帕，精炼期真空度≤5pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1560℃-1580℃/1-2分钟，，降钢温到1480℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1560℃，全过程可不充氩气，出钢温度1540℃，浇注成200kg电极棒；
(3)电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行电渣工艺；
(4)锻造：电渣钢锭红转装炉，锻造加热温度1160～1180℃，加热过程升温速率为≤300℃/h，保温时间为≥40分钟，锻造规格为48mm*48mm方棒，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；
(5)热轧：对方棒进行热轧形成φ8.0mm盘条，加热温度为1170℃～1200℃，保温40分钟，空冷；
(6)固溶退火处理：将电炉空炉预热至750℃装炉，退火温度为1040～1080℃，保温45分钟，水冷；
(7)拉拔：先行酸洗检查表面质量，修磨去除裂纹缺陷，再执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成细丝；
(8)绕盘：清洗干燥表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘。
优选地，在步骤(2)中，在真空炉中，采用小块镍板加入底部1/4，底碳配入0.02％，金属mo、金属cr、nmn、ncrfe、vfe放在坩埚中上部，且上部用镍板覆盖。
优选地，步骤(2)中，每一真空炉精炼加入ni-mg合金0.05％，稀土0.3kg，且al、ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分。
优选地，步骤(3)中，所采用的渣系配比为caf2：65％；al2o3：23.5％；cao：5％；mgo：5％；tio2：1.5％。
优选地，步骤(1)的配料中，返回同钢种表面应磨光处理配入量≤10％。
优选地，步骤(4)中，锻造时前轻锻后重锻造，回炉加热1180℃保温30min再锻。
优选地，步骤(2)中，浇注后期进行补缩，且浇注完成15分钟后破空出模标识。
优选地，步骤(2)中，真空冶炼应充分脱气，且后期加入氮化锰和氮化铬。
与现有技术相比，本发明在焊丝中通过c、mn、ni、mo保证焊缝足够的强度，提高焊缝的韧性；采用适量的cu、cr、ni合金元素对焊缝有强化作用外，增加焊缝的耐腐蚀性能。适量的ti、b有利于抑制焊缝中奥氏体晶粒长大，推迟奥氏体到铁素体的转变温度，促使焊缝金属晶内针状铁素体的形成，细化二次晶粒。引入适量且成本较低的钒，净化变质、细化晶粒，更有利于耐磨焊丝合金化，提高耐磨性能；而且适量的n可以抑制碳化物析出，对钢的敏化态晶间腐蚀和韧性产生有利影响。超低s、低p、低n含量提高焊缝纯净度和综合力学性能。
而且本发明采用真空冶炼+电渣双联的冶炼工艺，真空冶炼过程中采用高温瞬时精炼和低温长时精炼结合的精炼方法，可以进一步提高纯净度和脱气效果，使得电极棒的质量和性能得到改进，增强塑性和冲击韧性，从而提高了将锻棒加工成较细焊丝的成材率，并且通过控制锻造参数以及热处理的温度，保证了最佳的变形温度，易于锻造成型，且能得到合适的金相组织。从而使得制备出来的焊丝具有优良的塑性、韧性和抗裂性能。
亦即本发明通过对合金成分中的元素种类和含量进行了严格的控制，以及优化调整焊丝的制备工艺，使得制备获得的焊丝具有高强、高韧、高耐腐蚀的综合力学性能。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
本发明提供一种h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝，所述焊丝又可命名为h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝，所述焊丝可应用于海洋船舶、海洋工程装备、舰船等设备，该焊丝的元素组成及各成分的重量百分比含量为：c为0.05～0.075％，si为0.45～0.6％，mn为6.2～7.5％，p为≤0.01％，s为≤0.01％，cr为18.5～19.5％，ni为23.0～24.0％，mo为6.0～6.5％，v为0.75～0.85％，n为0.11～0.16％，ti为≤0.03％，cu为≤0.05％，al为≤0.03％，他成分要求为0≤0.005as≤0.080，余量为fe。而且所述焊丝的力学性能满足：直径为1.2mm上盘焊丝，数量1200kg，抗拉强度rm为1100-1400mpa，且焊丝表面光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰等缺陷。
此外，本发明还一种如上所述的h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝的制备方法，该制备方法包括：
(1)备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤；其中，所有金属材料应符合质量标准，返回同钢种表面应磨光处理配入量≤10％；配料严格控制各元素的配入量；
(2)真空冶炼：将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8帕，精炼期真空度≤5pa，，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1560℃-1580℃/1-2分钟，降钢温到1480℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1560℃，全过程可不充氩气，出钢温度1540℃，浇注成200kg电极棒，浇注后期进行补缩，且浇注完成15分钟后破空出模标识；其中，在真空炉中，采用小块镍板加入底部1/4,底碳配入0.02％，金属mo、金属cr、nmn、ncrfe、vfe放在坩埚中上部，且上部用镍板覆盖；而且每一真空炉精炼加入ni-mg合金0.05％，稀土0.3kg，且al、ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分；
(3)电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行电渣工艺，其中所采用的渣系配比：caf2：65％；al2o3：23.5％；cao：5％；mgo：5％；tio2：1.5％；
(4)锻造：电渣钢锭红转装炉，锻造加热温度1160～1180℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温应≥40分钟，锻造时前轻锻后重锻造，回炉加热1180℃，保温30min再锻，锻造规格为48mm*48mm方棒，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；
(5)热轧：对方棒进行热轧形成φ8.0mm盘条，加热温度为1170℃～1200℃，保温40分钟，空冷；
(6)固溶退火处理：将电炉空炉预热至750℃装炉，退火温度为1040～1080℃，保温45分钟，水冷；
(7)拉拔：先行酸洗检查表面质量，修磨去除裂纹缺陷，再执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成细丝；
(8)绕盘：清洗干燥表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘。
此外，在真空冶炼时应充分脱气，加强精炼控制，且后期加入氮化锰和氮化铬。
而且，酸洗盘条必须认真检查，修磨去除缺陷后再生产拉拔，直条焊丝成品应清洗干净烘干。
下面对本发明中的主要元素详细地进行说明，含量均指合金(焊丝)中各个元素的质量百分数。
c：通过c含量的严格控制，可以有效避免因c与cr形成碳化物而影响焊丝的力学性能、抗氧化性能和耐蚀性，较低的c含量还可以有效减少晶间腐蚀的发生。所以在本发明合金材料中c含量较佳要小于0.05～0.075％。
si：较高的硅含量会增加钢中偏析程度和夹杂物含量，出现带状组织，且较高的硅含量也不利于拉拔，加剧拉丝模磨损，增加用户成本，因此本发明采用较低含量的硅，其中硅的含量优选为0.45～0.6％。
mn：mn能大量溶入ni-cr合金中，可以细化晶粒，改善加工性能，是焊缝强化的有效元素，同时还是较好的s、o、c脱除剂，锰的含量优选为6.2～7.5％。
s、p：s、p为有害元素，均要求含量低，p的含量较佳低于0.01％，s的含量较佳低于0.01％。
ni：镍奥氏体稳定化元素，镍的钝化作用很强，与铬配合可明显提高耐蚀性。加入镍使奥氏体具有相对较低的屈服强度，较高的抗拉强度和良好的塑性，特别是良好的低温韧性。
cr：cr是提高钢的淬透性元素，强碳化物形成元素，与cu配合使用提高钢的耐蚀性，而且，ni和cr复合添加，其耐腐蚀性能更优。而且一定的cr含量能确保形成钝化膜，使熔敷金属具有一定的腐蚀性能，所以cr的含量优选为18.5～19.5％。
mo：钼在钢中的作用可归纳为提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力，提高在某些介质中的抗蚀性与防止点蚀倾向等。钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用。所以，较高含量的mo元素防止高温焊接时产生焊缝裂纹，mo的含量优选为6.0～6.5％。
v：较低的钒，净化变质、细化晶粒，更有利于耐磨焊丝合金化，提高耐磨性能，所以v的含量控制在0.75～0.85％。
ti：ti是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。本申请中钛元素含量控制在≤0.03％。
n：氮是非常强烈的形成并扩大奥氏体相区的元素，在奥氏体不锈钢中可以抑制碳化物析出，对钢的敏化态晶间腐蚀和韧性产生有利影响。由于溶解度受cr和mn的影响，应控制其含量在0.11～0.16％。
cu：铜能提高强度和韧性，不过在热加工时容易产生热脆，所以本发明中铜的含量较佳为≤0.05％。
al：铝是强脱氧剂，主要用来对精炼末期进行充分脱氧，控制含量在≤0.03％。
fe：fe在本发明材料中虽然定为余量，但铁元素的含量在一定含量以上时，提高铁含量的目的在于采用廉价铁替代较贵的镍，并与ni形成比单纯ni基强度更高的固溶基体，因此本发明采用高铁节镍的设计方案可以降低该材料的成本，同时保证该材料的高温强度。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
下表1为本发明的五个实施例的h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝的具体元素组成及各成分的重量百分比含量。
表1本发明的各个实施例的元素组成及各成分的重量百分比含量
单位：重量百分比(％)
备注：其他成分要求：o≤0.005as≤0.080，余量为fe，表1中未列出。
本发明的上述各实施例的h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝的制备方法均采用如下步骤：
(1)备料：按设计成分配料，且所有材料按制度严格烘烤；其中，所有金属材料应符合质量标准，返回同钢种表面应磨光处理配入量≤10％；配料严格控制各元素的配入量；
(2)真空冶炼：将小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.020％，mo、cr、nmn、ncrfe、vfe放在坩埚中上部，上部用ni板覆盖；将原料投入真空炉冶炼，并按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度小于8帕，精炼加ni-mg0.05％，稀土0.3kg一炉，al、ti小料加入应在精炼后停电结膜时脱氧用，并控制成分；精炼期真空度≤5pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1560℃-1580℃/1-2分钟，降钢温到1480℃低温，精炼时间≥25min，精炼温度1560℃，全过程可不充氩气，出钢温度1540℃，浇注成200kg电极棒，浇注后期进行补缩，且浇注完成15分钟后破空出模标识；
(3)电渣重熔：对电极棒进行电渣重熔工艺，得到电渣钢锭，其中渣系执行现行电渣工艺，其中所采用的渣系配比：caf2：65％；al2o3：23.5％；cao：5％；mgo：5％；tio2：1.5％；而且电极表面应清洁无杂质，切清两端缩孔；
(4)锻造：电渣钢锭红转装炉，锻造加热温度1160～1180℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温应≥40分钟，锻造时前轻锻后重锻造，回炉加热1180℃，保温30min再锻，锻造规格为48mm*48mm方棒，锻后空冷，方棒100％探伤检查，表面修磨去除缺陷；
(5)热轧：对方棒进行热轧形成φ8.0mm盘条，加热温度为1170℃～1200℃，保温40分钟，空冷；
(6)固溶退火处理：将电炉空炉预热至750℃装炉，退火温度为1040～1080℃，保温45分钟，水冷；
(7)拉拔：先行酸洗检查表面质量，修磨去除裂纹缺陷，再执行现行生产工艺将盘条慢速拉拔成
(8)绕盘：清洗干燥表面应光滑，无油污、毛刺、划痕、锈斑、氧化皮、麻点、裂纹、积灰缺陷，清洗光洁层绕上盘，数量为1200kg。
经检测，上述实施例1-5所生产的焊丝成品其抗拉强度rm为1100～1400mpa，且无油污、氧化物、灰尘等缺陷，表面光亮。
而且，采用上述实施例1-5所生产的焊丝成品使用tig焊在基板上堆焊出一个尺寸为10cm*10cm*5cm的块体试样。将焊接后的试样置于6％fecl3+0.05mol/lhcl的溶液中浸泡一个月，观察表面形貌，发现表面无任何形式的腐蚀，满足耐蚀性要求。
因而从上可知，采用本发明制备方法生产出来h0cr19ni24mn7mo6vn焊丝，具有很好的力学性能和耐腐蚀性，综合性能优异，也完全能够适用于对耐腐蚀性要求很高的苛刻的腐蚀环境使用。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。