不銹鋼復合管與單一鋼管相比（如耐腐蝕鋼管和抗氧化鋼管等），具有一系列獨特的性能，如高的導熱性、電磁滲透率、強度極限、不大的熱膨脹性能等。這為設計和制造具有新工藝特性的裝備提供了可能。除此之外，不銹鋼復合(he)管的應用減少了較昂貴的耐蝕鋼和抗氧化鋼的消耗，但是也使鋼管的對焊比單一高合金管更加復雜。

一(yi)、影響兩(liang)層(ceng)不同材料結合的因素

 在(zai)制造不銹鋼復合管時，影響(xiang)兩(liang)層(ceng)不同材料(liao)結合的(de)主要因素為：

  1. 結(jie)合表面(mian)的(de)精(jing)確(que)裝配及(ji)其實際接觸面(mian)積的(de)大小(xiao)

    與結合表面(mian)的(de)(de)(de)精確對(dui)正(zheng)及其有效接觸面(mian)積的(de)(de)(de)大小(xiao)有關(guan)的(de)(de)(de)是表面(mian)能、表面(mian)氧(yang)化膜，結晶取向、缺、、缺陷（如位(wei)移、晶界、各(ge)相的(de)(de)(de)相對(dui)位(wei)置、顯微裂(lie)紋(wen)等）。物理化學(xue)研(yan)究表明(ming)，幾(ji)何的(de)(de)(de)理想表面(mian)與物理真實(shi)的(de)(de)(de)兩層接觸表面(mian)大小(xiao)的(de)(de)(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的(de)化學成(cheng)分

   鋼中(zhong)添加合金元素可降低接觸層的焊合能(neng)力。

  3. 表面層和(he)中間層的表面質量

   金屬層氧化膜的成分和性能對兩層不同金屬的結合強度有著本質影響。在大氣介質中或在壓強為1.33×10^-4Pa以下的真空中加熱時，其形成的氧化膜對兩層不同材料的結合質量有著不良影響。如果氧化膜很脆，并在變形時被破壞，其形成的接觸表面具有較高的表面能，因此兩層不同材料的焊合過程就較容易進行。鉻鋼和鉻鎳鋼上形成的富鉻氧化膜能使兩層不同材料的結合質量明顯變壞，可借助于電解沉積方法得到的鎳中間層來消除。

  4. 結合層表面(mian)的應力(li)狀態

   在(zai)變(bian)形(xing)(xing)過(guo)程中，兩層不同(tong)金屬(shu)的接(jie)觸表(biao)面不僅(jin)明顯增(zeng)大，而且接(jie)觸表(biao)面上(shang)有(you)較(jiao)高(gao)的壓應(ying)力，使結合層的焊合質量得(de)到提高(gao)。因此(ci)，在(zai)復合管的生產中，采用擠(ji)壓法(fa)和拉拔(ba)法(fa)以及(ji)皮爾格軋制(zhi)法(fa)進(jin)行變(bian)形(xing)(xing)。由于橫(heng)軋或螺旋軋制(zhi)金屬(shu)在(zai)變(bian)形(xing)(xing)過(guo)程中存在(zai)切向拉應(ying)力，因此(ci)不能采用這兩種方法(fa)。

  5. 塑(su)性(xing)變形(xing)時的接觸表面和溫度

   兩層(ceng)不同(tong)材料結(jie)(jie)合(he)(he)表面(mian)的(de)(de)(de)增大，對于在各層(ceng)同(tong)時變形(xing)過程中的(de)(de)(de)焊(han)合(he)(he)具有(you)決定性的(de)(de)(de)作用(yong)。因(yin)為(wei)，其形(xing)成的(de)(de)(de)接觸表面(mian)具有(you)很大的(de)(de)(de)能量，而兩層(ceng)不同(tong)金屬結(jie)(jie)合(he)(he)的(de)(de)(de)最(zui)大強(qiang)度是在高(gao)溫(wen)(wen)變形(xing)時獲(huo)得的(de)(de)(de)。這是因(yin)為(wei)多(duo)數金屬在高(gao)溫(wen)(wen)變形(xing)的(de)(de)(de)條件下，塑(su)性提高(gao)，且(qie)擴散也更迅速。

二、不銹鋼復合管坯料的制(zhi)造方法

1. 不銹(xiu)鋼復合管的生(sheng)產方法

  不銹鋼復合管的生產方法有多種，可以按雙層(ceng)坯(pi)料制造的方法來(lai)區分，也可以按所采用的變形方法來(lai)區分。

  按照兩層不同材料的結合方法(fa)(fa)，可將復合管(guan)生產(chan)分為兩類，即(ji)以(yi)雙層鑄(zhu)坯、離心澆鑄(zhu)和爆炸成形(xing)等非(fei)變(bian)形(xing)方法(fa)(fa)和各種變(bian)形(xing)方法(fa)(fa)。

   a. 非變形法(fa)獲得復合管

   為了獲得雙層鑄坯，采用下注法和在鋼錠模中合金化方法，經過澆鑄漏斗向鋼錠模內注入高度為H₁的鋼A,當金屬液從外向內逐漸結晶到一定程度時，再注入高度為H₂的鋼B,此時仍為液體的金屬A與金屬B溶合成（A+B)雙層成分（圖6-8)。該方法僅適用于已知金屬凝固速度，以及所需要的合成坯料的層厚時。由于鑄錠內的合金化，必須保證坯料中心可得到需要的合金成分（A+B).用該方法生產鑄造的鋼10+60雙金屬坯料效果非常好；生產的坯料可擠壓軋制成復合鋼管或復合型材。該方法也可用于生產鉆探管。

  雙(shuang)(shuang)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯料也可用離心澆鑄(zhu)的方法獲得，然(ran)后(hou)經過擠(ji)壓或皮(pi)爾格(ge)軋制加(jia)工成雙(shuang)(shuang)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)復合(he)成品鋼(gang)管(guan)。

  采用爆炸成型方(fang)法使兩層(ceng)不(bu)同金屬結(jie)合時，其結(jie)合不(bu)僅(jin)是(shi)爆炸波作用的結(jie)果，也(ye)是(shi)輻射加熱的結(jie)果。

 b. 變形法獲得復合管

  采用變形(xing)方(fang)法使兩層金屬結合的(de)方(fang)法有：

  ①. 互相插入不同材料(liao)的空(kong)心管(guan)坯組合(he)而成的擠(ji)壓坯料(liao)（圖(tu)6-9).

  ②. 在實心坯熱穿孔后，放入管狀空心坯并進一步擠壓成復合管（圖6-10).擠壓組合的空心坯時，采用帶塑性心部－鋼質芯棒的雙層原始坯料擠壓具有小直徑內孔的厚壁復合管。

2. 不銹鋼復合管(guan)的熱擠壓(ya)工(gong)藝試(shi)驗

  為了簡化工藝(yi)、改善復合管質量，在立式(shi)(shi)穿孔機(ji)上通(tong)過(guo)熱(re)(re)穿孔獲得(de)雙金屬(shu)坯料，然后(hou)在臥(wo)式(shi)(shi)擠(ji)壓(ya)機(ji)上通(tong)過(guo)熱(re)(re)擠(ji)壓(ya)方法獲得(de)雙層金屬(shu)毛管，最(zui)后(hou)在皮爾格軋管機(ji)上通(tong)過(guo)冷軋得(de)到(dao)雙金屬(shu)復合成(cheng)品鋼管的(de)工藝(yi)試驗(yan)。

  將(jiang)工頻感(gan)(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)加(jia)(jia)熱(re)的(de)(de)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)送入立式穿(chuan)(chuan)孔機的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔筒(tong)內(nei)，在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)上(shang)面固(gu)定有冷態的(de)(de)高合(he)(he)(he)金(jin)鋼厚壁(bi)管(guan)(guan)。在(zai)(zai)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)進行穿(chuan)(chuan)孔時，安置(zhi)在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)上(shang)部的(de)(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)(pi)裝入被穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)穿(chuan)(chuan)出的(de)(de)內(nei)孔，形(xing)成(cheng)(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)內(nei)層(ceng)(ceng)。在(zai)(zai)確定被用來(lai)形(xing)成(cheng)(cheng)組合(he)(he)(he)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)(pi)長度時，應(ying)考慮到穿(chuan)(chuan)孔過程中空心(xin)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)高度會有所增加(jia)(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔成(cheng)(cheng)的(de)(de)雙(shuang)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)再(zai)(zai)經工頻感(gan)(gan)應(ying)再(zai)(zai)加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)再(zai)(zai)加(jia)(jia)熱(re)到擠(ji)壓溫(wen)度并擠(ji)壓成(cheng)(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)。用該(gai)工藝獲得的(de)(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)坯(pi)(pi)，大(da)大(da)地減(jian)少了基層(ceng)(ceng)和(he)復合(he)(he)(he)層(ceng)(ceng)之(zhi)間(jian)(jian)氧化膜的(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)，改善了兩層(ceng)(ceng)不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)間(jian)(jian)的(de)(de)結合(he)(he)(he)質量。

  具有耐(nai)蝕鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)內層(ceng)的(de)(de)(de)(de)原始組合(he)(he)(he)坯(pi)料和不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)復合(he)(he)(he)管(guan)的(de)(de)(de)(de)材料及尺寸(cun)配合(he)(he)(he)情況見(jian)表6-7。通過擠壓(ya)可(ke)獲(huo)得規格為(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)(de)(de)(de)復合(he)(he)(he)管(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)在皮爾格軋機(ji)上可(ke)冷軋出規格為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)(de)(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)復合(he)(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)加熱(re)后進入13機(ji)架（微）張(zhang)力定（減(jian)）徑機(ji)，減(jian)徑成規格為(wei)Φ45mm×3.5mm的(de)(de)(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)復合(he)(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)。

  擠壓不銹鋼管時，擠壓過程穩定，但擠壓開始階段與穩定階段的各層金屬流動稍有差異，致使不銹鋼復合管前端一小段上存在兩層尺寸的實際值與要求值的偏差，這是由于擠壓開始時，坯料內層金屬相對于外層金屬存在著更有力的流動的結果（圖6-12)。

3. 不銹鋼(gang)復合(he)管變形時雙層結合(he)表面的增加

  不銹鋼復(fu)合管雙(shuang)層的焊合質量在很大程(cheng)(cheng)度(du)上與變形(xing)時附著表(biao)面的增(zeng)加有關。把(ba)表(biao)面增(zeng)加程(cheng)(cheng)度(du)定義為伸長率入(ru)變形(xing)后(hou)的表(biao)面與原始表(biao)面的比(bi)值。因此，復(fu)合管外表(biao)面增(zeng)加程(cheng)(cheng)度(du)為：

  研究結果表明，復合管內表面增加程度比外表面增加程度約大一倍；結合層表面增加程度在外表面和內表面增加程度之間，而且與變形程度并不存在線性比例關系；相同規格的雙層管坯在進行大小不同的變形時，可能得到相同的表面增加程度（例如無論是在A_x=120或A_x=240變形時，都可得到30的結合表面增加程度），這是因為復合管壁厚和直徑對結合層表面增加程度有影響。

  實踐證明，在(zai)采用壓力加工方法生產(chan)不銹鋼(gang)復合(he)管時，由于變形程(cheng)度保證了(le)(le)原始(shi)的結(jie)合(he)表面積至少增加了(le)(le)8倍，使得兩層(ceng)不同材料能充分(fen)地(di)焊(han)合(he)。

4. 不(bu)銹鋼復合管的內表面質量(liang)

當不銹耐酸(suan)鋼復合(he)管與腐蝕(shi)介質接觸時，表(biao)面顯(xian)微不平度(du)將嚴(yan)重(zhong)影響到其腐蝕(shi)速度(du)（表(biao)6-8)。

從(cong)表(biao)6-8可(ke)以看出(chu)：

   a. 在相同的加工條件下，復合管表面顯微不平度強烈地取決于復合材料的力學性能，用321不銹鋼制成的復合管內層，比用0Cr17Ti的顯微不平度小很多。因此可以認為，變形抗力高的復合管比變形抗力低的表面光潔度要高。

   b. 在相同的(de)加工條件下，復合管橫向上(shang)的(de)表面顯微不平度(du)比縱向的(de)大。

  c. 不(bu)銹鋼復(fu)(fu)合管在皮爾格冷軋管機上(shang)冷軋后，可降低(di)復(fu)(fu)合管的(de)顯微不(bu)平度，同時也減小(xiao)了粗糙度的(de)離散程度。

5. 不(bu)銹(xiu)鋼復合管基體(ti)材料內碳的(de)擴散(san)

   不銹鋼復(fu)合(he)管基體材料內碳的擴散層深度見表6-9.

   從表(biao)6-9中(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)合管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)深(shen)(shen)度(du)(du)，在(zai)擠壓(ya)和(he)冷(leng)(leng)軋(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼管(guan)(guan)(guan)在(zai)冷(leng)(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)930℃熱(re)處理后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)值增(zeng)大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)合管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)關系是類(lei)似的(de)(de)(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合管(guan)(guan)(guan)經皮爾格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)冷(leng)(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋兩次(ci)930℃熱(re)處理后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)變得(de)特別深(shen)(shen)。如果不形(xing)成柱狀晶組織(zhi)，則在(zai)結合層(ceng)(ceng)表(biao)面附近擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)區域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)寬度(du)(du)為(wei)0.4mm.由于基(ji)(ji)體材(cai)料中(zhong)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物(wu)，包(bao)括鉻和(he)鉬的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物(wu)，碳(tan)向(xiang)復(fu)合材(cai)料中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼復(fu)合管(guan)(guan)(guan)含有1%的(de)(de)(de)(de)(de)鈦，基(ji)(ji)體材(cai)料中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)非常明(ming)顯；在(zai)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)上(shang)冷(leng)(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)熱(re)處理后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)深(shen)(shen)度(du)(du)比同(tong)類(lei)的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)合材(cai)料0Cr17NiTi管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)要小。當在(zai)擠壓(ya)＋軋(ya)(ya)(ya)制或皮爾格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機(ji)上(shang)冷(leng)(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱(re)處理，則擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)寬度(du)(du)為(wei)0.30~0.38mm,同(tong)時(shi)在(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)方向(xiang)上(shang)形(xing)成了定向(xiang)排列的(de)(de)(de)(de)(de)柱狀晶。

  含(han)高鈦和鉻的復合層材料熱處理時，由于合金元素使活(huo)性降(jiang)低，從基體鋼中接收碳(tan)的傾向較(jiao)高。

6. 不銹鋼厚壁(bi)復(fu)合管(guan)的擠(ji)壓

 為(wei)了獲得小(xiao)直徑(jing)的不銹(xiu)鋼厚壁復(fu)合(he)管(guan)（如(ru)內徑(jing)為(wei)10~15mm、壁厚為(wei)10mm),采(cai)用帶(dai)不固(gu)定(ding)芯(xin)棒的坯料(liao)擠(ji)壓(ya)工藝是(shi)較(jiao)為(wei)理想的選擇。芯(xin)棒采(cai)用塑性的鋼質芯(xin)桿。

  例如，采用1Mn18Cr12V 塑性芯(xin)棒，將(jiang)φ145mm雙(shuang)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯料經一(yi)次擠壓成ф26mm復(fu)合(he)管，外層(ceng)(ceng)基體金(jin)屬(shu)為(wei)55CrNiMoV鋼，內部復(fu)合(he)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)為(wei)1Cr24Al鋼。從(cong)擠壓后壓余(yu)的縱向(xiang)和徑向(xiang)截面可(ke)以看出(chu)，在變形時(shi)所有三層(ceng)(ceng)材料的金(jin)屬(shu)流動是對(dui)稱(cheng)的（圖6-13).

  采用熱擠壓工(gong)藝(yi)生產不銹鋼復合管(guan)時，鋼質芯棒也發生塑性變形，結合層表面增加(jia)程度與外表面增加(jia)程度幾乎(hu)相等(deng)。