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(fu)合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)、影響兩層不同材(cai)料結(jie)合(he)的因素

 在制(zhi)造不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合管時，影(ying)響兩層(ceng)不同材料結合的主(zhu)要因素為：

  1. 結合表面的精確裝配及其實際(ji)接觸面積(ji)的大小

    與結合表(biao)面的(de)(de)精確(que)對正及其有效接觸面積的(de)(de)大小(xiao)有關的(de)(de)是(shi)表(biao)面能、表(biao)面氧(yang)化(hua)膜，結晶取向、缺(que)、、缺(que)陷（如位(wei)移、晶界、各相的(de)(de)相對位(wei)置(zhi)、顯微裂(lie)紋等(deng)）。物理化(hua)學研究表(biao)明(ming)，幾(ji)何的(de)(de)理想(xiang)表(biao)面與物理真實的(de)(de)兩層接觸表(biao)面大小(xiao)的(de)(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的(de)化學成分

   鋼中添(tian)加合(he)金元素可降低接觸層的焊合(he)能力(li)。

  3. 表面層(ceng)和中間(jian)層(ceng)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(ceng)表(biao)面的應力狀態

   在變(bian)形(xing)過(guo)程中，兩(liang)層(ceng)不同金屬的接觸(chu)表面(mian)不僅(jin)明顯增大，而且接觸(chu)表面(mian)上有較高的壓應力，使(shi)結合層(ceng)的焊(han)合質量(liang)得到(dao)提高。因(yin)此(ci)，在復合管的生產(chan)中，采(cai)用擠壓法(fa)和拉(la)拔(ba)法(fa)以及皮(pi)爾格軋制法(fa)進行變(bian)形(xing)。由于橫軋或(huo)螺(luo)旋軋制金屬在變(bian)形(xing)過(guo)程中存在切(qie)向拉(la)應力，因(yin)此(ci)不能(neng)采(cai)用這兩(liang)種方法(fa)。

  5. 塑性變形(xing)時的接觸(chu)表(biao)面和溫度

   兩層不同材(cai)料結合(he)表面(mian)(mian)的增大(da)，對于在(zai)各層同時變形過程中的焊合(he)具(ju)有(you)決定性的作用。因為，其(qi)形成的接觸表面(mian)(mian)具(ju)有(you)很大(da)的能(neng)量，而兩層不同金屬(shu)結合(he)的最大(da)強度是(shi)在(zai)高(gao)溫變形時獲得的。這是(shi)因為多數金屬(shu)在(zai)高(gao)溫變形的條件(jian)下，塑性提(ti)高(gao)，且擴散也更(geng)迅(xun)速。

二、不銹(xiu)鋼復合管坯料(liao)的制造方法

1. 不銹鋼復合(he)管的生產方法

  不銹鋼(gang)復合管的生產方(fang)法(fa)(fa)有(you)多(duo)種，可以(yi)(yi)按雙層(ceng)坯料制造的方(fang)法(fa)(fa)來(lai)區分，也可以(yi)(yi)按所采用的變形方(fang)法(fa)(fa)來(lai)區分。

  按(an)照兩層(ceng)不同材(cai)料的結合(he)方法(fa)，可將復合(he)管生(sheng)產分為兩類，即(ji)以雙層(ceng)鑄坯、離心澆鑄和爆炸成(cheng)形等非變形方法(fa)和各(ge)種變形方法(fa)。

   a. 非(fei)變形法獲(huo)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。

  雙層金屬(shu)坯料也可用離心澆鑄的(de)方法(fa)獲(huo)得，然后(hou)經過擠壓(ya)或皮爾格軋(ya)制加工成雙層金屬(shu)復合成品鋼管(guan)。

  采用爆炸成(cheng)型(xing)方(fang)法(fa)使兩層不同金屬結合時，其(qi)結合不僅是(shi)爆炸波作(zuo)用的結果，也(ye)是(shi)輻射加熱(re)的結果。

 b. 變形法(fa)獲得復合管

  采用變形方法使(shi)兩(liang)層金屬結合(he)的方法有：

  ①. 互相插(cha)入不同材料的空心(xin)管坯組合而成的擠壓坯料（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(guan)的熱擠壓工藝試驗

  為了簡(jian)化工藝、改(gai)善(shan)復合(he)管(guan)質量(liang)，在立(li)式(shi)穿孔機(ji)(ji)上通(tong)過(guo)熱穿孔獲得雙金屬坯料，然后(hou)在臥式(shi)擠壓機(ji)(ji)上通(tong)過(guo)熱擠壓方法(fa)獲得雙層金屬毛管(guan)，最后(hou)在皮爾格軋管(guan)機(ji)(ji)上通(tong)過(guo)冷軋得到雙金屬復合(he)成品(pin)鋼管(guan)的工藝試驗。

  將工頻感應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的(de)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)送(song)入立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒內(nei)，在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)的(de)上(shang)面固定有冷態的(de)高合金(jin)鋼厚(hou)(hou)壁(bi)管(guan)(guan)。在(zai)(zai)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)進行穿(chuan)(chuan)孔(kong)時，安置(zhi)在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)上(shang)部的(de)厚(hou)(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)裝入被穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)出(chu)的(de)內(nei)孔(kong)，形成(cheng)(cheng)雙金(jin)屬(shu)空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)的(de)內(nei)層(ceng)(ceng)。在(zai)(zai)確定被用來形成(cheng)(cheng)組合坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)長度時，應(ying)考慮到穿(chuan)(chuan)孔(kong)過(guo)程中空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)的(de)高度會有所增加(jia)(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔(kong)成(cheng)(cheng)的(de)雙層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)再經工頻感應(ying)再加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐再加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)到擠壓溫度并擠壓成(cheng)(cheng)雙金(jin)屬(shu)復(fu)合管(guan)(guan)。用該(gai)工藝獲得的(de)雙金(jin)屬(shu)復(fu)合管(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)，大(da)大(da)地減少了基層(ceng)(ceng)和復(fu)合層(ceng)(ceng)之(zhi)間氧化(hua)膜(mo)的(de)形成(cheng)(cheng)，改善了兩層(ceng)(ceng)不同(tong)金(jin)屬(shu)間的(de)結合質量。

  具有耐蝕(shi)鋼(gang)內層的原(yuan)始組合坯料和不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)(fu)合管(guan)(guan)的材(cai)料及尺寸配合情況(kuang)見表6-7。通過擠壓可獲得規格為φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的復(fu)(fu)合管(guan)(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)管(guan)(guan)在皮(pi)爾(er)格軋機上可冷軋出規格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)(fu)合鋼(gang)管(guan)(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)管(guan)(guan)加熱后進入(ru)13機架（微(wei)）張力(li)定(ding)（減）徑(jing)(jing)機，減徑(jing)(jing)成規格為Φ45mm×3.5mm的不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)(fu)合鋼(gang)管(guan)(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. 不銹鋼復(fu)合(he)(he)管變形時雙層結合(he)(he)表面的增(zeng)加

  不銹鋼復(fu)合(he)管(guan)雙層的(de)焊合(he)質量在很大程度(du)上與(yu)變形時附著表面的(de)增加有關。把表面增加程度(du)定(ding)義為伸長率入變形后(hou)的(de)表面與(yu)原始表面的(de)比值。因此(ci)，復(fu)合(he)管(guan)外表面增加程度(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(li)加工方法生產不銹鋼復合(he)管時，由于變(bian)形(xing)程度保證了(le)原(yuan)始的(de)結合(he)表面(mian)積至少增加了(le)8倍，使得兩層不同材料能充分(fen)地焊合(he)。

4. 不銹鋼復合管的內表面質量(liang)

當不(bu)銹耐酸鋼(gang)復合(he)管與腐(fu)蝕介質(zhi)接觸時，表面顯微不(bu)平度將嚴重影響到其腐(fu)蝕速度（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. 在相同的(de)加工條件下，復合管橫向(xiang)上的(de)表(biao)面(mian)顯微不平(ping)度比(bi)縱向(xiang)的(de)大。

  c. 不銹鋼(gang)復合管在(zai)皮爾格冷軋(ya)管機上冷軋(ya)后，可降低復合管的顯微(wei)不平度，同時也減小(xiao)了粗糙(cao)度的離散程度。

5. 不銹鋼(gang)復合管基體(ti)材料內碳的擴散

   不銹鋼復合管基體材料內碳的擴散(san)層(ceng)深度見表6-9.

   從表6-9中可(ke)以看(kan)出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)(fu)合管中碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層深度(du)，在(zai)擠壓和(he)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼管在(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)930℃熱處(chu)理(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)(fu)合管中碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層關(guan)系是類似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合管經皮爾格軋(ya)(ya)(ya)管機(ji)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋兩次930℃熱處(chu)理(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層變(bian)得(de)特(te)別深。如果不形(xing)成(cheng)柱狀晶組織，則在(zai)結合層表面附近擴(kuo)(kuo)散(san)(san)區域(yu)的(de)(de)寬度(du)為(wei)0.4mm.由于基(ji)體材料中形(xing)成(cheng)的(de)(de)碳化(hua)物(wu)，包括鉻和(he)鉬的(de)(de)碳化(hua)物(wu)，碳向復(fu)(fu)合材料中的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)減少(shao)。0Cr17Ti+35鋼復(fu)(fu)合管含有(you)1%的(de)(de)鈦，基(ji)體材料中的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層非常(chang)明顯；在(zai)軋(ya)(ya)(ya)管機(ji)上(shang)(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)熱處(chu)理(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層深度(du)比同類的(de)(de)復(fu)(fu)合材料0Cr17NiTi管的(de)(de)要小。當在(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)(ya)制或皮爾格軋(ya)(ya)(ya)管機(ji)上(shang)(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下(xia)熱處(chu)理(li)，則擴(kuo)(kuo)散(san)(san)層的(de)(de)寬度(du)為(wei)0.30~0.38mm,同時在(zai)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)方向上(shang)(shang)形(xing)成(cheng)了定向排(pai)列的(de)(de)柱狀晶。

  含(han)高(gao)(gao)鈦和鉻(ge)的(de)復合(he)層材料熱(re)處理時，由(you)于(yu)合(he)金元素使活性降低，從基體鋼中接(jie)收碳的(de)傾向較高(gao)(gao)。

6. 不銹(xiu)鋼厚壁復合(he)管的擠壓

 為了獲得小(xiao)直徑的(de)不銹鋼(gang)厚(hou)(hou)壁(bi)復合管（如內(nei)徑為10~15mm、壁(bi)厚(hou)(hou)為10mm),采(cai)用(yong)帶不固(gu)定(ding)芯(xin)棒(bang)的(de)坯料擠壓工藝是較為理想(xiang)的(de)選擇(ze)。芯(xin)棒(bang)采(cai)用(yong)塑性的(de)鋼(gang)質芯(xin)桿(gan)。

  例(li)如，采(cai)用(yong)1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將φ145mm雙層金(jin)(jin)屬(shu)坯料(liao)經一次擠(ji)壓(ya)(ya)成(cheng)ф26mm復合管，外層基體金(jin)(jin)屬(shu)為55CrNiMoV鋼，內部復合層金(jin)(jin)屬(shu)為1Cr24Al鋼。從擠(ji)壓(ya)(ya)后壓(ya)(ya)余的縱向和徑(jing)向截面(mian)可以看出，在變形(xing)時所有三層材料(liao)的金(jin)(jin)屬(shu)流動是對稱的（圖6-13).

  采用(yong)熱擠(ji)壓工(gong)藝生(sheng)產不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合(he)管時，鋼(gang)質芯棒也發生(sheng)塑(su)性變形(xing)，結合(he)層表面增加(jia)程度與(yu)外(wai)表面增加(jia)程度幾(ji)乎相(xiang)等。