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(guan)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(ying)響兩(liang)層(ceng)不(bu)同材料結合的因素

 在制造(zao)不(bu)(bu)銹鋼(gang)復合(he)管時，影響兩層不(bu)(bu)同(tong)材料結合(he)的主(zhu)要因素為：

  1. 結合表面的精(jing)確裝配及(ji)其實際(ji)接觸面積(ji)的大小

    與結(jie)合表(biao)(biao)面的精(jing)確(que)對(dui)正及(ji)其有效接觸(chu)(chu)面積的大(da)小有關的是表(biao)(biao)面能、表(biao)(biao)面氧化膜，結(jie)晶取向、缺、、缺陷（如(ru)位移、晶界、各相(xiang)的相(xiang)對(dui)位置、顯微裂紋等(deng)）。物理(li)化學研究表(biao)(biao)明，幾何的理(li)想表(biao)(biao)面與物理(li)真(zhen)實的兩(liang)層接觸(chu)(chu)表(biao)(biao)面大(da)小的比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬(shu)的(de)化學成分(fen)

   鋼(gang)中添(tian)加合金元素可降低接觸層的焊(han)合能力。

  3. 表面(mian)層和中間層的表面(mian)質量(liang)

   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. 結合層表面的應(ying)力狀態(tai)

   在變(bian)形過程中(zhong)，兩層(ceng)不(bu)同金屬的接觸表面(mian)不(bu)僅明顯增大，而且接觸表面(mian)上有較高的壓(ya)(ya)應(ying)力，使(shi)結合層(ceng)的焊合質量(liang)得到提高。因此，在復(fu)合管的生產中(zhong)，采(cai)用擠(ji)壓(ya)(ya)法和拉(la)拔法以及皮爾格軋制法進(jin)行(xing)變(bian)形。由于橫軋或螺(luo)旋軋制金屬在變(bian)形過程中(zhong)存在切向拉(la)應(ying)力，因此不(bu)能采(cai)用這兩種(zhong)方(fang)法。

  5. 塑性變形時的接觸表面和溫(wen)度(du)

   兩層(ceng)(ceng)不(bu)同(tong)材料結合表面(mian)的(de)(de)增大(da)，對于在各層(ceng)(ceng)同(tong)時變形過程中的(de)(de)焊合具(ju)(ju)有決定性的(de)(de)作(zuo)用(yong)。因為，其形成的(de)(de)接觸表面(mian)具(ju)(ju)有很大(da)的(de)(de)能量，而兩層(ceng)(ceng)不(bu)同(tong)金屬結合的(de)(de)最大(da)強度是(shi)在高(gao)溫(wen)變形時獲得的(de)(de)。這是(shi)因為多數金屬在高(gao)溫(wen)變形的(de)(de)條件(jian)下(xia)，塑性提高(gao)，且擴散(san)也更迅速(su)。

二(er)、不銹鋼復(fu)合管坯料的制造方法

1. 不銹鋼復合管的生產方(fang)法

  不(bu)銹鋼(gang)復合管的(de)(de)生產方法(fa)有多種，可(ke)以按雙層坯料(liao)制造的(de)(de)方法(fa)來區分(fen)，也可(ke)以按所采用的(de)(de)變形方法(fa)來區分(fen)。

  按照(zhao)兩層不同(tong)材料的結合(he)方法，可(ke)將復合(he)管生產(chan)分為(wei)兩類，即以雙層鑄坯、離心澆鑄和爆炸成(cheng)形等非變形方法和各種(zhong)變形方法。

   a. 非變形(xing)法獲得(de)復(fu)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)層金屬坯(pi)料也可用離心(xin)澆鑄的方法獲得(de)，然后經過擠壓或皮(pi)爾格軋(ya)制加工(gong)成(cheng)雙(shuang)層金屬復合成(cheng)品鋼管。

  采用爆炸成型方法使(shi)兩層(ceng)不(bu)同金屬(shu)結合時，其結合不(bu)僅(jin)是爆炸波作用的(de)結果(guo)，也是輻(fu)射加熱(re)的(de)結果(guo)。

 b. 變形法獲得復(fu)合管

  采用變形方法(fa)使兩層金屬結合(he)的方法(fa)有：

  ①. 互(hu)相插入(ru)不同材(cai)料的空(kong)心管坯(pi)組合而成的擠壓坯(pi)料（圖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. 不銹鋼復合管的熱擠壓工藝試(shi)驗

  為了簡化工藝、改善(shan)復(fu)合管質量(liang)，在(zai)(zai)立式(shi)穿(chuan)孔機(ji)上(shang)(shang)通過(guo)熱穿(chuan)孔獲(huo)(huo)得雙金屬(shu)(shu)坯料，然后在(zai)(zai)臥(wo)式(shi)擠壓(ya)機(ji)上(shang)(shang)通過(guo)熱擠壓(ya)方法獲(huo)(huo)得雙層金屬(shu)(shu)毛管，最(zui)后在(zai)(zai)皮(pi)爾格軋(ya)管機(ji)上(shang)(shang)通過(guo)冷(leng)軋(ya)得到(dao)雙金屬(shu)(shu)復(fu)合成品鋼管的工藝試驗。

  將工(gong)頻感應(ying)加熱(re)爐(lu)加熱(re)的(de)(de)(de)(de)坯(pi)料(liao)(liao)送入(ru)立式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)內(nei)，在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)上面固定有冷態的(de)(de)(de)(de)高合(he)(he)金鋼厚(hou)壁管(guan)(guan)。在(zai)坯(pi)料(liao)(liao)進(jin)行穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)時(shi)，安置(zhi)在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)上部的(de)(de)(de)(de)厚(hou)壁管(guan)(guan)坯(pi)裝入(ru)被穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)出的(de)(de)(de)(de)內(nei)孔(kong)(kong)，形成(cheng)雙(shuang)金屬空心(xin)坯(pi)的(de)(de)(de)(de)內(nei)層(ceng)。在(zai)確定被用來(lai)形成(cheng)組合(he)(he)坯(pi)料(liao)(liao)內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚(hou)壁管(guan)(guan)坯(pi)長度時(shi)，應(ying)考慮(lv)到(dao)(dao)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程(cheng)中空心(xin)坯(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)高度會有所增加（圖(tu)6-11),穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)層(ceng)金屬坯(pi)料(liao)(liao)再經(jing)工(gong)頻感應(ying)再加熱(re)爐(lu)再加熱(re)到(dao)(dao)擠(ji)壓溫(wen)度并擠(ji)壓成(cheng)雙(shuang)金屬復合(he)(he)管(guan)(guan)。用該工(gong)藝獲得的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)金屬復合(he)(he)管(guan)(guan)坯(pi)，大大地(di)減少(shao)了基層(ceng)和復合(he)(he)層(ceng)之間氧化(hua)膜的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)，改善了兩(liang)層(ceng)不(bu)同金屬間的(de)(de)(de)(de)結合(he)(he)質(zhi)量。

  具有(you)耐(nai)蝕鋼(gang)(gang)內層的(de)(de)原始(shi)組(zu)合坯料和(he)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)復(fu)(fu)合管(guan)的(de)(de)材(cai)料及尺寸配(pei)合情況(kuang)見表6-7。通過(guo)擠(ji)壓可獲得規(gui)格(ge)(ge)為φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的(de)(de)復(fu)(fu)合管(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)管(guan)在皮爾格(ge)(ge)軋機上可冷軋出規(gui)格(ge)(ge)為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)復(fu)(fu)合鋼(gang)(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)管(guan)加熱后進(jin)入(ru)13機架（微(wei)）張力定（減(jian)）徑(jing)機，減(jian)徑(jing)成規(gui)格(ge)(ge)為Φ45mm×3.5mm的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)復(fu)(fu)合鋼(gang)(gang)管(guan)。

  擠(ji)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(xiu)鋼復合管變形時雙層結合表面的增加(jia)

  不銹(xiu)鋼復合管雙層的(de)焊合質量在很(hen)大程度(du)(du)上與(yu)變(bian)形時(shi)附著(zhu)表(biao)面(mian)(mian)的(de)增(zeng)加有關。把(ba)表(biao)面(mian)(mian)增(zeng)加程度(du)(du)定義為(wei)伸長率入變(bian)形后的(de)表(biao)面(mian)(mian)與(yu)原始表(biao)面(mian)(mian)的(de)比值(zhi)。因此(ci)，復合管外表(biao)面(mian)(mian)增(zeng)加程度(du)(du)為(wei)：

  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(shi)踐證明(ming)，在采(cai)用壓力加工方法生產不銹鋼復合(he)管時，由于(yu)變(bian)形(xing)程度(du)保(bao)證了原始的結(jie)合(he)表面積至少增加了8倍(bei)，使得兩層不同(tong)材料能充(chong)分地焊合(he)。

4. 不銹鋼復合管(guan)的內表面質量(liang)

當不銹耐(nai)酸鋼復合管與腐(fu)蝕(shi)介質接觸時，表面顯微不平度將嚴重影響到其腐(fu)蝕(shi)速度（表6-8)。

從表6-8可以看出：

   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(xiang)同的(de)加工條件(jian)下，復合管(guan)橫(heng)向(xiang)上的(de)表面顯微不平(ping)度比(bi)縱(zong)向(xiang)的(de)大。

  c. 不銹鋼復合管(guan)在皮爾(er)格冷軋管(guan)機上(shang)冷軋后，可降低復合管(guan)的顯微不平(ping)度(du)，同時也減小了(le)粗(cu)糙度(du)的離散程度(du)。

5. 不銹鋼復合管基體材料內(nei)碳的擴(kuo)散

   不(bu)銹鋼復(fu)合管基體材料內(nei)碳的擴散層深度見表6-9.

   從(cong)表6-9中(zhong)(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)(fu)合(he)管(guan)中(zhong)(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層深(shen)度，在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)和(he)冷(leng)(leng)軋后(hou)為0.07~0.10mm,鋼管(guan)在(zai)冷(leng)(leng)軋和(he)930℃熱處理(li)(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)值增大(da)到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)(fu)合(he)管(guan)中(zhong)(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層關系是(shi)類(lei)似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合(he)管(guan)經皮(pi)爾格軋管(guan)機冷(leng)(leng)軋＋兩次(ci)930℃熱處理(li)(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層變得(de)特(te)別深(shen)。如果不形(xing)成(cheng)柱(zhu)狀(zhuang)晶(jing)組織(zhi)，則(ze)(ze)在(zai)結合(he)層表面附(fu)近擴(kuo)(kuo)散(san)(san)區域的(de)(de)寬度為0.4mm.由(you)于(yu)基(ji)體材料(liao)中(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)(de)碳化(hua)(hua)物，包括鉻和(he)鉬的(de)(de)碳化(hua)(hua)物，碳向復(fu)(fu)合(he)材料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)減少(shao)。0Cr17Ti+35鋼復(fu)(fu)合(he)管(guan)含有1%的(de)(de)鈦，基(ji)體材料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層非常明顯；在(zai)軋管(guan)機上冷(leng)(leng)軋和(he)熱處理(li)(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層深(shen)度比同(tong)類(lei)的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)材料(liao)0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)要小。當在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)＋軋制或皮(pi)爾格軋管(guan)機上冷(leng)(leng)軋＋870℃下熱處理(li)(li)，則(ze)(ze)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層的(de)(de)寬度為0.30~0.38mm,同(tong)時在(zai)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)方(fang)向上形(xing)成(cheng)了(le)定(ding)向排(pai)列的(de)(de)柱(zhu)狀(zhuang)晶(jing)。

  含高(gao)(gao)鈦和鉻(ge)的(de)復合層材料熱處理時，由(you)于合金元素使活性降(jiang)低，從基(ji)體(ti)鋼中接(jie)收碳的(de)傾向較高(gao)(gao)。

6. 不銹鋼厚(hou)壁復合(he)管(guan)的擠壓

 為了獲(huo)得小直徑的不銹鋼厚壁復合(he)管（如內(nei)徑為10~15mm、壁厚為10mm),采用帶不固定芯棒的坯料(liao)擠壓工藝是較為理想(xiang)的選擇。芯棒采用塑性的鋼質芯桿(gan)。

  例如，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將φ145mm雙層金屬(shu)坯料經一(yi)次(ci)擠壓成ф26mm復合(he)管，外層基體金屬(shu)為55CrNiMoV鋼，內部復合(he)層金屬(shu)為1Cr24Al鋼。從擠壓后壓余的縱向和徑向截面可以看出(chu)，在變(bian)形時所有(you)三層材料的金屬(shu)流動是對稱(cheng)的（圖6-13).

  采用熱擠(ji)壓工藝生(sheng)產不銹鋼復合管(guan)時，鋼質(zhi)芯(xin)棒也發(fa)生(sheng)塑性變形，結合層表(biao)(biao)面增加程度與外表(biao)(biao)面增加程度幾(ji)乎相等。