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、影響兩層不同材料(liao)結(jie)合的因素

 在制造不(bu)銹鋼(gang)復(fu)合(he)管時，影(ying)響兩層不(bu)同材料(liao)結合(he)的主要因素為：

  1. 結(jie)合表面的精確裝配(pei)及(ji)其實際接觸面積的大小

    與結合表(biao)面(mian)的(de)精確對(dui)正及其有效接觸面(mian)積的(de)大小有關的(de)是(shi)表(biao)面(mian)能、表(biao)面(mian)氧化膜，結晶(jing)取向、缺(que)、、缺(que)陷（如位移、晶(jing)界、各相的(de)相對(dui)位置(zhi)、顯微裂紋(wen)等）。物理(li)化學研究表(biao)明(ming)，幾(ji)何的(de)理(li)想表(biao)面(mian)與物理(li)真(zhen)實的(de)兩層接觸表(biao)面(mian)大小的(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金(jin)屬(shu)的化(hua)學成(cheng)分

   鋼(gang)中添加合(he)金(jin)元素可降(jiang)低接觸層的(de)焊合(he)能力。

  3. 表(biao)(biao)面層和中間(jian)層的表(biao)(biao)面質量(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(jie)合(he)層表(biao)面的應力狀(zhuang)態

   在(zai)(zai)變(bian)形過(guo)程中，兩層不同金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)接觸表(biao)面不僅明(ming)顯增大，而(er)且接觸表(biao)面上(shang)有較高的(de)(de)壓應力，使結合層的(de)(de)焊(han)合質量得(de)到提高。因(yin)此(ci)，在(zai)(zai)復合管的(de)(de)生產中，采(cai)用擠壓法和拉拔法以及皮(pi)爾格軋(ya)制法進行(xing)變(bian)形。由于橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制金(jin)屬(shu)(shu)在(zai)(zai)變(bian)形過(guo)程中存(cun)在(zai)(zai)切向拉應力，因(yin)此(ci)不能(neng)采(cai)用這兩種方(fang)法。

  5. 塑性(xing)變形(xing)時的接觸(chu)表面和溫度

   兩(liang)層(ceng)不同材(cai)料結合(he)表(biao)(biao)面的(de)增大(da)(da)，對于在各層(ceng)同時變(bian)形(xing)(xing)(xing)過程中的(de)焊合(he)具(ju)有決(jue)定性的(de)作(zuo)用(yong)。因(yin)(yin)為，其形(xing)(xing)(xing)成的(de)接觸(chu)表(biao)(biao)面具(ju)有很大(da)(da)的(de)能(neng)量，而兩(liang)層(ceng)不同金屬結合(he)的(de)最大(da)(da)強度是(shi)在高溫變(bian)形(xing)(xing)(xing)時獲得的(de)。這(zhe)是(shi)因(yin)(yin)為多(duo)數金屬在高溫變(bian)形(xing)(xing)(xing)的(de)條件下(xia)，塑性提(ti)高，且擴散也(ye)更迅速(su)。

二(er)、不銹鋼復合管坯料的制造方法(fa)

1. 不(bu)銹鋼復(fu)合管的生產(chan)方法

  不銹鋼復(fu)合管的生產方(fang)法(fa)(fa)有多種(zhong)，可以按(an)雙層坯料制造的方(fang)法(fa)(fa)來(lai)區(qu)分(fen)，也可以按(an)所(suo)采用的變形(xing)方(fang)法(fa)(fa)來(lai)區(qu)分(fen)。

  按照兩(liang)層(ceng)不同(tong)材料(liao)的結合方(fang)法(fa)，可將復合管生產分為兩(liang)類，即以(yi)雙層(ceng)鑄坯、離心澆鑄和爆炸成形(xing)等(deng)非變(bian)形(xing)方(fang)法(fa)和各種(zhong)變(bian)形(xing)方(fang)法(fa)。

   a. 非變形法獲得復(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。

  雙層金(jin)屬坯料(liao)也可用離心澆鑄(zhu)的(de)方(fang)法獲(huo)得，然后經過擠壓或皮爾(er)格軋制加工成雙層金(jin)屬復合成品(pin)鋼管。

  采用爆炸成型(xing)方法使兩層不同金屬結合(he)時，其結合(he)不僅是(shi)爆炸波作用的結果(guo)，也是(shi)輻射加(jia)熱的結果(guo)。

 b. 變(bian)形(xing)法獲得(de)復合管

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

  ①. 互相插(cha)入不(bu)同(tong)材(cai)料的(de)空心(xin)管坯組合而成(cheng)的(de)擠(ji)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. 不銹鋼復合管的熱擠壓工藝(yi)試(shi)驗

  為了簡化工藝、改善復合(he)管(guan)質(zhi)量，在(zai)立式穿孔機(ji)(ji)(ji)上通(tong)過(guo)(guo)熱穿孔獲得(de)(de)(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)坯(pi)料(liao)，然后(hou)在(zai)臥式擠壓機(ji)(ji)(ji)上通(tong)過(guo)(guo)熱擠壓方法獲得(de)(de)(de)雙(shuang)層金(jin)屬(shu)毛(mao)管(guan)，最后(hou)在(zai)皮爾格軋(ya)管(guan)機(ji)(ji)(ji)上通(tong)過(guo)(guo)冷軋(ya)得(de)(de)(de)到(dao)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合(he)成(cheng)品鋼管(guan)的工藝試驗。

  將(jiang)工頻感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)爐(lu)(lu)加(jia)熱(re)的(de)坯(pi)料(liao)送入立(li)式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機(ji)的(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒內，在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)上面(mian)固定(ding)有冷態的(de)高合(he)金(jin)鋼厚(hou)壁(bi)管(guan)(guan)。在(zai)坯(pi)料(liao)進行穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)時，安(an)置在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)上部的(de)厚(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)裝入被穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)出的(de)內孔(kong)(kong)，形(xing)成雙金(jin)屬(shu)空心坯(pi)的(de)內層(ceng)。在(zai)確定(ding)被用來形(xing)成組合(he)坯(pi)料(liao)內層(ceng)的(de)厚(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)長度時，應(ying)考慮到穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程中空心坯(pi)料(liao)的(de)高度會有所增加(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)成的(de)雙層(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)料(liao)再經工頻感(gan)應(ying)再加(jia)熱(re)爐(lu)(lu)再加(jia)熱(re)到擠壓(ya)溫(wen)度并擠壓(ya)成雙金(jin)屬(shu)復(fu)合(he)管(guan)(guan)。用該工藝獲(huo)得的(de)雙金(jin)屬(shu)復(fu)合(he)管(guan)(guan)坯(pi)，大大地(di)減少了基層(ceng)和復(fu)合(he)層(ceng)之間氧化膜的(de)形(xing)成，改善了兩層(ceng)不同金(jin)屬(shu)間的(de)結合(he)質(zhi)量。

  具有耐蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)內層的原始組合坯料和(he)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合管的材料及尺寸(cun)配合情況見表(biao)6-7。通過(guo)擠壓可(ke)獲得規格為φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的復(fu)合管。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)管在(zai)皮爾格軋機(ji)上可(ke)冷軋出規格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合鋼(gang)(gang)(gang)管；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)管加熱后進入(ru)13機(ji)架（微）張力定（減(jian)）徑機(ji)，減(jian)徑成規格為Φ45mm×3.5mm的不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合鋼(gang)(gang)(gang)管。

  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. 不銹鋼復合(he)管變形時(shi)雙層(ceng)結(jie)合(he)表(biao)面的增加

  不銹鋼復合管(guan)雙層(ceng)的焊合質量在(zai)很大程(cheng)度上與變形時附著表面的增(zeng)加有關。把表面增(zeng)加程(cheng)度定義(yi)為伸長率入變形后的表面與原始表面的比值。因此，復合管(guan)外表面增(zeng)加程(cheng)度為：

  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(shi)踐證明(ming)，在(zai)采用(yong)壓力加(jia)(jia)工(gong)方(fang)法生產(chan)不銹鋼復合管時，由于(yu)變形程度保證了(le)原始的結合表面積至少增加(jia)(jia)了(le)8倍，使得(de)兩(liang)層不同材料能(neng)充分地焊合。

4. 不銹鋼(gang)復合管(guan)的內(nei)表面(mian)質(zhi)量

當不銹耐酸鋼(gang)復合管與腐蝕(shi)介質(zhi)接(jie)觸時，表面顯(xian)微不平度(du)將嚴重影響到其腐蝕(shi)速度(du)（表6-8)。

從(cong)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(zai)相同的加工條件下(xia)，復合管(guan)橫向(xiang)上的表面顯微不平度比縱(zong)向(xiang)的大。

  c. 不銹鋼復合管在皮爾格冷軋(ya)管機上冷軋(ya)后，可降低復合管的(de)顯微不平(ping)度(du)，同時也減小了粗糙度(du)的(de)離散(san)程度(du)。

5. 不(bu)銹鋼(gang)復合管(guan)基體材(cai)料內(nei)碳的(de)擴(kuo)散

   不銹鋼復合(he)管基體材料內(nei)碳的擴散層深度(du)見表6-9.

   從(cong)表6-9中(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復合(he)管(guan)中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)深(shen)度，在(zai)(zai)擠壓和冷(leng)軋(ya)(ya)后(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)在(zai)(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)和930℃熱處(chu)理后(hou)，擴(kuo)散(san)(san)值(zhi)增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復合(he)管(guan)中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)關系是類(lei)似的(de)(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復合(he)管(guan)經(jing)皮爾(er)格軋(ya)(ya)管(guan)機冷(leng)軋(ya)(ya)＋兩(liang)次930℃熱處(chu)理后(hou)，擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)變得特別深(shen)。如(ru)果不(bu)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)柱狀晶(jing)(jing)組織，則在(zai)(zai)結(jie)合(he)層(ceng)表面(mian)附近擴(kuo)散(san)(san)區(qu)域的(de)(de)(de)(de)寬度為(wei)0.4mm.由于基(ji)體材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)化物(wu)，包括鉻和鉬的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)化物(wu)，碳(tan)(tan)向復合(he)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)減(jian)少。0Cr17Ti+35鋼(gang)復合(he)管(guan)含有1%的(de)(de)(de)(de)鈦，基(ji)體材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)非(fei)常(chang)明顯(xian)；在(zai)(zai)軋(ya)(ya)管(guan)機上(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)和熱處(chu)理后(hou)，擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)深(shen)度比同(tong)類(lei)的(de)(de)(de)(de)復合(he)材(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)(de)(de)要小。當在(zai)(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)制或(huo)皮爾(er)格軋(ya)(ya)管(guan)機上(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)＋870℃下熱處(chu)理，則擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)寬度為(wei)0.30~0.38mm,同(tong)時(shi)在(zai)(zai)擴(kuo)散(san)(san)方(fang)向上(shang)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了定向排列的(de)(de)(de)(de)柱狀晶(jing)(jing)。

  含高鈦和鉻的(de)復(fu)合(he)層材(cai)料熱處理時(shi)，由于合(he)金元(yuan)素使活性(xing)降低，從(cong)基(ji)體鋼中接收碳的(de)傾向(xiang)較高。

6. 不銹鋼厚壁(bi)復合管(guan)的擠壓

 為了(le)獲得小直徑的(de)不銹鋼(gang)厚(hou)壁復(fu)合管（如內徑為10~15mm、壁厚(hou)為10mm),采用帶不固定芯棒的(de)坯料擠壓工藝是較為理想的(de)選(xuan)擇。芯棒采用塑(su)性的(de)鋼(gang)質芯桿。

  例如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層(ceng)金屬(shu)(shu)(shu)坯(pi)料(liao)經(jing)一次(ci)擠(ji)壓(ya)成ф26mm復合管(guan)，外(wai)層(ceng)基體金屬(shu)(shu)(shu)為55CrNiMoV鋼，內(nei)部(bu)復合層(ceng)金屬(shu)(shu)(shu)為1Cr24Al鋼。從(cong)擠(ji)壓(ya)后壓(ya)余的縱向和徑向截面可以(yi)看出(chu)，在變(bian)形時所有三層(ceng)材料(liao)的金屬(shu)(shu)(shu)流動是(shi)對稱的（圖(tu)6-13).

  采用熱擠(ji)壓(ya)工藝生產不銹鋼(gang)復合(he)管時，鋼(gang)質芯(xin)棒也發(fa)生塑(su)性(xing)變形，結合(he)層表面(mian)增加(jia)程度與外表面(mian)增加(jia)程度幾乎(hu)相等。