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(gang)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、影響(xiang)兩層(ceng)不同(tong)材(cai)料結合(he)的因素

 在制造不(bu)銹鋼復合(he)管時，影響兩層(ceng)不(bu)同材料結(jie)合(he)的主(zhu)要因(yin)素(su)為(wei)：

  1. 結合表(biao)面的精確裝配及(ji)其(qi)實際接(jie)觸面積(ji)的大小(xiao)

    與結(jie)合(he)表(biao)(biao)面的(de)(de)精確對(dui)正及其有(you)效接(jie)觸面積的(de)(de)大(da)小有(you)關的(de)(de)是表(biao)(biao)面能、表(biao)(biao)面氧(yang)化膜，結(jie)晶取(qu)向、缺、、缺陷（如位(wei)移、晶界(jie)、各相(xiang)(xiang)的(de)(de)相(xiang)(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)、顯(xian)微裂紋等）。物(wu)理化學研究表(biao)(biao)明，幾何的(de)(de)理想表(biao)(biao)面與物(wu)理真實的(de)(de)兩層接(jie)觸表(biao)(biao)面大(da)小的(de)(de)比值可(ke)取(qu)1:50~1:12。

  2. 金屬的化學成分

   鋼中(zhong)添加合(he)金元素(su)可降低接(jie)觸層的(de)焊(han)合(he)能力。

  3. 表面層和(he)中(zhong)間層的(de)表面質(zhi)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. 結合層表面的應(ying)力狀態

   在(zai)變(bian)(bian)形過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，兩層不(bu)同(tong)金屬(shu)的接(jie)觸(chu)(chu)表(biao)面不(bu)僅明顯(xian)增(zeng)大，而(er)且接(jie)觸(chu)(chu)表(biao)面上有較高的壓應力(li)，使(shi)結(jie)合層的焊合質量得到(dao)提(ti)高。因(yin)此(ci)(ci)，在(zai)復合管的生產中(zhong)，采(cai)用(yong)擠(ji)壓法(fa)(fa)和拉拔(ba)法(fa)(fa)以及皮爾格軋(ya)制(zhi)法(fa)(fa)進行變(bian)(bian)形。由(you)于橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制(zhi)金屬(shu)在(zai)變(bian)(bian)形過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)存在(zai)切向拉應力(li)，因(yin)此(ci)(ci)不(bu)能采(cai)用(yong)這兩種方法(fa)(fa)。

  5. 塑性變(bian)形時的接觸表面(mian)和溫度(du)

   兩層不同(tong)材料結合(he)表(biao)面的(de)增大，對(dui)于在(zai)各層同(tong)時變形(xing)過程中的(de)焊合(he)具有決(jue)定性的(de)作用。因為，其形(xing)成(cheng)的(de)接觸表(biao)面具有很(hen)大的(de)能量，而(er)兩層不同(tong)金屬(shu)結合(he)的(de)最大強度是在(zai)高(gao)溫變形(xing)時獲得的(de)。這是因為多數金屬(shu)在(zai)高(gao)溫變形(xing)的(de)條件下，塑(su)性提高(gao)，且(qie)擴散(san)也更迅(xun)速(su)。

二、不銹鋼復(fu)合(he)管坯料的制造方(fang)法

1. 不銹鋼(gang)復(fu)合管的生產(chan)方法

  不銹(xiu)鋼復合管的(de)(de)生產方法(fa)(fa)有多種，可(ke)以按雙層坯料制造的(de)(de)方法(fa)(fa)來區分，也可(ke)以按所(suo)采(cai)用(yong)的(de)(de)變形方法(fa)(fa)來區分。

  按照兩層(ceng)不同材(cai)料的結(jie)合方法，可將復合管生產(chan)分(fen)為兩類，即以(yi)雙層(ceng)鑄坯、離心澆鑄和爆炸成形(xing)等非變形(xing)方法和各種變形(xing)方法。

   a. 非變形法獲得復合管(guan)

   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。

  雙層金屬坯料也可用離心澆鑄的方(fang)法獲得，然(ran)后經(jing)過擠(ji)壓或皮爾格軋(ya)制加(jia)工成(cheng)雙層金屬復合成(cheng)品鋼(gang)管。

  采用爆(bao)炸成型方(fang)法使兩層不(bu)同金(jin)屬結(jie)(jie)合時，其結(jie)(jie)合不(bu)僅是爆(bao)炸波作用的(de)結(jie)(jie)果，也是輻(fu)射加(jia)熱的(de)結(jie)(jie)果。

 b. 變形法獲得復合管

  采用(yong)變形方法(fa)使(shi)兩層(ceng)金屬結合的方法(fa)有：

  ①. 互(hu)相插(cha)入不(bu)同(tong)材料的空心管坯組合而成的擠(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試(shi)驗

  為了簡化工藝、改善復合管(guan)質量，在立式穿孔(kong)機(ji)上通(tong)(tong)過熱(re)穿孔(kong)獲(huo)得(de)(de)雙(shuang)金屬(shu)坯料，然后在臥式擠壓機(ji)上通(tong)(tong)過熱(re)擠壓方法獲(huo)得(de)(de)雙(shuang)層金屬(shu)毛管(guan)，最(zui)后在皮爾格軋管(guan)機(ji)上通(tong)(tong)過冷(leng)軋得(de)(de)到雙(shuang)金屬(shu)復合成(cheng)品鋼管(guan)的工藝試驗。

  將工(gong)頻感(gan)(gan)應(ying)加(jia)熱(re)爐加(jia)熱(re)的(de)坯(pi)(pi)(pi)料送入(ru)立(li)式穿(chuan)孔(kong)機的(de)穿(chuan)孔(kong)筒內(nei)(nei)(nei)，在穿(chuan)孔(kong)頭的(de)上面固定有(you)冷(leng)態的(de)高合(he)(he)金鋼厚壁管。在坯(pi)(pi)(pi)料進行穿(chuan)孔(kong)時，安置在穿(chuan)孔(kong)頭上部的(de)厚壁管坯(pi)(pi)(pi)裝(zhuang)入(ru)被穿(chuan)孔(kong)頭穿(chuan)出(chu)的(de)內(nei)(nei)(nei)孔(kong)，形成雙金屬空心(xin)坯(pi)(pi)(pi)的(de)內(nei)(nei)(nei)層(ceng)(ceng)。在確(que)定被用(yong)來形成組合(he)(he)坯(pi)(pi)(pi)料內(nei)(nei)(nei)層(ceng)(ceng)的(de)厚壁管坯(pi)(pi)(pi)長度時，應(ying)考慮到穿(chuan)孔(kong)過程中空心(xin)坯(pi)(pi)(pi)料的(de)高度會有(you)所(suo)增(zeng)加(jia)（圖6-11),穿(chuan)孔(kong)成的(de)雙層(ceng)(ceng)金屬坯(pi)(pi)(pi)料再(zai)經工(gong)頻感(gan)(gan)應(ying)再(zai)加(jia)熱(re)爐再(zai)加(jia)熱(re)到擠(ji)壓(ya)溫度并擠(ji)壓(ya)成雙金屬復合(he)(he)管。用(yong)該工(gong)藝獲(huo)得的(de)雙金屬復合(he)(he)管坯(pi)(pi)(pi)，大(da)大(da)地減少了基(ji)層(ceng)(ceng)和(he)復合(he)(he)層(ceng)(ceng)之間氧化膜的(de)形成，改善了兩(liang)層(ceng)(ceng)不同金屬間的(de)結(jie)合(he)(he)質量。

  具有耐蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)內層的(de)原始組合(he)(he)坯料(liao)和不銹鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合(he)(he)管的(de)材料(liao)及尺寸配合(he)(he)情況見(jian)表6-7。通過擠壓可(ke)獲得規(gui)格為φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)復(fu)合(he)(he)管。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)管在(zai)皮(pi)爾格軋(ya)機上可(ke)冷軋(ya)出(chu)規(gui)格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)管；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)管加(jia)熱后進入13機架（微）張力定（減）徑(jing)機，減徑(jing)成規(gui)格為Φ45mm×3.5mm的(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)管。

  擠(ji)壓不(bu)銹鋼(gang)管(guan)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)合管變形時(shi)雙(shuang)層結合表面的增加

  不銹鋼(gang)復合(he)管(guan)雙層的焊合(he)質量在很大程(cheng)(cheng)度上與(yu)變形時附著表(biao)面的增(zeng)加有關(guan)。把表(biao)面增(zeng)加程(cheng)(cheng)度定(ding)義為伸長(chang)率入(ru)變形后的表(biao)面與(yu)原(yuan)始表(biao)面的比值。因此(ci)，復合(he)管(guan)外表(biao)面增(zeng)加程(cheng)(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。

  實踐證明，在采用壓(ya)力加工(gong)方法生(sheng)產不(bu)銹鋼復合管時，由于變形程度保證了(le)原始的結合表面積至少增加了(le)8倍，使得兩層不(bu)同材(cai)料能(neng)充分地焊合。

4. 不銹鋼(gang)復合管(guan)的內表面質(zhi)量(liang)

當不(bu)銹耐酸(suan)鋼復合管與(yu)腐(fu)蝕介質接觸時，表面(mian)顯(xian)微不(bu)平(ping)度將嚴重影(ying)響到其腐(fu)蝕速度（表6-8)。

從表(biao)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(gang)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. 在相同的加工條件下，復合管橫向上的表面顯微不平(ping)度比(bi)縱向的大。

  c. 不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合管(guan)在皮爾格冷軋管(guan)機上冷軋后，可降低復(fu)合管(guan)的(de)顯微不平(ping)度，同時也減小了粗糙度的(de)離散程度。

5. 不銹(xiu)鋼復合管基體材(cai)料(liao)內(nei)碳(tan)的擴(kuo)散

   不銹鋼(gang)復合管基體材料內碳的(de)擴散(san)層深(shen)度見表6-9.

   從表6-9中(zhong)(zhong)(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)(fu)合(he)(he)(he)管(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)深度(du)(du)，在(zai)擠壓和(he)(he)冷軋(ya)(ya)(ya)后(hou)為0.07~0.10mm,鋼管(guan)在(zai)冷軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)930℃熱(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)(fu)合(he)(he)(he)管(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)關(guan)系是類似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合(he)(he)(he)管(guan)經皮爾格(ge)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機冷軋(ya)(ya)(ya)＋兩次930℃熱(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)變得(de)特別深。如(ru)果(guo)不形(xing)成(cheng)柱(zhu)(zhu)狀晶組織(zhi)，則在(zai)結(jie)合(he)(he)(he)層(ceng)(ceng)表面附近(jin)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)區域的(de)(de)寬(kuan)度(du)(du)為0.4mm.由于基體(ti)(ti)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)(de)碳(tan)(tan)化(hua)物，包括鉻和(he)(he)鉬的(de)(de)碳(tan)(tan)化(hua)物，碳(tan)(tan)向(xiang)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼復(fu)(fu)合(he)(he)(he)管(guan)含有1%的(de)(de)鈦，基體(ti)(ti)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)非(fei)常明顯；在(zai)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機上(shang)(shang)冷軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)熱(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)深度(du)(du)比(bi)同(tong)類的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)要小。當在(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)(ya)制或(huo)皮爾格(ge)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機上(shang)(shang)冷軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱(re)處(chu)理(li)(li)，則擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)的(de)(de)寬(kuan)度(du)(du)為0.30~0.38mm,同(tong)時在(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)方向(xiang)上(shang)(shang)形(xing)成(cheng)了定向(xiang)排列的(de)(de)柱(zhu)(zhu)狀晶。

  含(han)高鈦和鉻的復合層材(cai)料熱處理時(shi)，由于合金元素使活性降低(di)，從基體鋼中(zhong)接收碳的傾向較高。

6. 不銹鋼厚壁復合管的擠壓

 為了獲得小直徑的不(bu)銹鋼厚壁復合管（如內徑為10~15mm、壁厚為10mm),采(cai)用(yong)帶不(bu)固定芯(xin)棒的坯料擠壓工(gong)藝是(shi)較為理想的選擇(ze)。芯(xin)棒采(cai)用(yong)塑(su)性的鋼質芯(xin)桿。

  例如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層(ceng)金屬(shu)坯料經(jing)一(yi)次擠(ji)壓(ya)成ф26mm復(fu)合管，外層(ceng)基體(ti)金屬(shu)為55CrNiMoV鋼(gang)(gang)，內部復(fu)合層(ceng)金屬(shu)為1Cr24Al鋼(gang)(gang)。從擠(ji)壓(ya)后壓(ya)余的縱向和徑向截面可(ke)以看出(chu)，在變形時所有三層(ceng)材料的金屬(shu)流動是(shi)對稱的（圖6-13).

  采用熱(re)擠壓工藝生(sheng)產不銹鋼復合(he)管時，鋼質芯棒也(ye)發生(sheng)塑(su)性變形，結合(he)層表面增加程(cheng)度與外表面增加程(cheng)度幾乎(hu)相等。