尿素级不锈钢（25Cr22Ni2MoN）管道

焊接方法初探 安装二公司 李静国

摘要：本文以海南化肥项目尿素装置的尿素级不锈钢（25Cr22Ni2MoN）管道焊接施工为例，简要

介

绍了尿素级不锈钢材料的技术要求及选用、焊接特点及注意事项、焊接方法的选择及工艺参数的确 定等，并通过焊接工艺试验和评定，以及尿素装置焊接施工实践的结果，证明此次尿素级不锈钢的 焊接是成功的。

关键词：尿素级不锈钢；铁素体；焊接；休氏试验 1 前言

中海石油海南化肥项目由2700t/d尿素和1700t/d合成氨两套装置组成，其中尿素装置中的介质有甲胺液、尿液等强腐蚀性物质，这些物质对材料的腐蚀主要表现为整体腐蚀和选择性腐蚀，因此对母材和焊缝质量及焊缝铁素体的含量控制要求很高，要求铁素体含量≤0.6%。设计选用材料为尿素级不锈钢（25Cr22Ni2MoN，以下简称25.22.2）。这就涉及到尿素级不锈钢的焊接，需要进行焊接工艺试验和评定。 2 材料的技术要求及选用 2.1母材技术要求及选用

2.1.1材料必须能耐强腐蚀介质甲胺液、尿液的腐蚀要求，腐蚀能通过休氏试验进行评定； 2.1.2实践证明,材料在含碳量小于0.030%时,就可以防止因析出碳化铬而造成的晶间腐蚀；当含钼（Mo）2%～3%时，能比较明显地改善其在各类酸中的耐腐蚀性能；铬（Cr）的含量只有在≥12.0%时才能有效抵抗腐蚀和提高材料在高温环境下的使用性能；而硫、磷（S、P）的含量在≤0.03%时，可有效控制热裂纹。因此，材料的化学成分应限制在表1的规定值内：

表1 母材化学成分的限定范围

元素 含量（%） C ≤0.030 Cr ≥12.0 Ni ≥17.0 Mo ≥2.0 S ≤0.030 P ≤0.030 其他 ≤0.20 (1)

2.1.3其中奥氏体形成元素（Ni、C、N、Mn）和铁素体形成元素（Cr、Mo、Si）的平衡应最终为全部奥氏体组织，使得铁素体含量≤0.6%。

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2.1.4根据强腐蚀性介质甲胺液、尿液的使用要求，设计选用25.22.2作为母材。此次焊接工艺试验及评定选用的母材尺寸为：?219.1×12.7，其化学成分见表2：

表2 25Cr22Ni2MoN钢化学成分

元素 含量% C 0.011 Cr 24.69 Ni 22.19 Mo 2.1 Si 0.35 Mn 1.69 S 0.001 P 0.013 N 0.123 2.2焊材的技术要求及选用

2.2.1焊材的熔敷金属应满足母材的所有技术要求

根据以上要求，并考虑合金元素的烧损以及焊缝冷却方式的复杂性，为了控制焊后焊缝熔敷金属的铁素体含量，必须使奥氏体等温转变C-曲线右移。由于合金元素含量越高，特别是Ni含量的提高，可使奥氏体等温转变C-曲线右移，使奥氏体组织更加稳定，在焊缝冷却过程中，奥氏体组织转变成铁素体组织的几率降低。所以我们选择与母材合金含量相应的焊材，焊丝选用25.22.2LMN，焊条选用25.22.2LMNB。其化学成分见表3、表4。

表3 焊丝25.22.2LMN化学成分

元素 含量% C 0.01 Cr 24.9 Ni 21.86 Mo 2.04 Si 0.1 Mn 4.41 S 0.0009 Cu 0.044 Co 0.019 P 0.011 N 0.125

表4 焊条25.22.2LMNB化学成分

元素 含量% C 0.01 Cr 24.8 Ni 21.9 Mo 2.06 Si 0.1 Mn 4.2 S 0.001 Cu 0.046 Co 0.02 P 0.01 N 0.13 3 焊接性分析

3.1防止渗碳而降低抗腐蚀性

室温下碳元素在奥氏体中的溶解度约为0.02%～0.03%，当奥氏体碳含量超过它在室温的溶解度时，碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬结合，析出碳化铬Cr23C6，造成奥氏体边界贫铬，在腐蚀介质作用下，即可能产生晶间腐蚀，从而降低了抗腐蚀性。

因此，必须严格控制碳的来源。焊接时，由于高温作用，焊件及焊材表面的油污均可能产生大量的碳而渗入到焊缝中，故焊前必须进行严格的除油污工作，采用丙酮去油污。焊接过程中，必须用专用的碳化硅砂轮片进行打磨。 3.2防止焊接热裂纹

热裂纹是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，特别是单相奥氏体不锈钢更易产生。奥氏体产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多，因为它们易在熔池中形成低熔点共晶。硫和镍形成Ni3S2，熔点为645℃，共晶的熔点只有625℃。因此，必须严格控制焊件及焊材中硫、磷等的含量。选用合格的焊丝和焊条，注意保证其清洁度是有效控制硫、磷含量的办法。

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3.3控制铁素体含量

对于甲胺液、尿液等强腐蚀介质来说，一旦母材选定，其主要表现应是选择性腐蚀了，而铁素体组织的存在有利于选择性腐蚀的发展，所以纯奥氏体组织抗甲胺液、尿液的腐蚀性能最好，故应严格控制铁素体含量。

因此应严禁将尿素级不锈钢焊件、焊材与碳钢接触；由于不锈钢材料的电阻较大，焊接时应采用较小的焊接线能量，并控制层间温度不得超过149℃；减少焊接过程高温停留时间，避免奥氏体连续冷却C-曲线与奥氏体等温转变C-曲线相交，保证焊缝熔敷金属最终为全部的均匀的奥氏体组织。

经实验，焊接线能量一般应小于25KJ/cm。这主要是根据奥氏体连续冷却C-曲线与奥氏体等温转变C-曲线相交而判定的。图1中，奥氏体连续冷却C-曲线1为较小焊接线能量所获得的曲线，而奥氏体连续冷却C-曲线2为过大焊接线能量所获得的曲线。

时间 连续冷却C-曲线1 铁素体区 温度 连续冷却C-曲线2 等温转变C-曲线 （2）

图1 奥氏体转变C-曲线图 从上图可以看出，当焊接线能量加大时，焊缝冷却时间加长，奥氏体连续冷却C-曲线右移，在奥氏体连续冷却C-曲线未与奥氏体等温转变C-曲线相交之前，焊缝熔敷金属最终为全部奥氏体组织。继续增大焊接线能量，奥氏体连续转变C-曲线继续右移，当奥氏体连续转变C-曲线碰到奥氏体等温转变C-曲线时，焊缝熔敷金属最终组织就有铁素体组织。 4 焊接工艺 4.1焊接方法的选择

由于尿素级不锈钢合金元素含量较高，所以与介质接触的一侧应采用惰性气体保护的TIG焊接方法。因为氩弧的温度高，热量集中，而且有氩气流的保护作用，所以焊缝的冷却速度较快，热影响区小，应力小，合金元素的烧损也较少，故能避免奥氏体连续冷却C-曲线与奥氏体等温转变C-曲线相交。采用电弧焊时，只要选择合适的焊接工艺参数，也能获得全部的奥氏体组织。所以对于厚壁材料，为了能同时获得较高的生产效率和经济效益，采用氩弧焊打底、电焊盖面的焊接方法。 4.2坡口制作

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