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(bu)銹鋼(gang)復合管(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、影響兩層不同材(cai)料結(jie)合的因素

 在制造不銹(xiu)鋼復合管時，影響兩層不同(tong)材料(liao)結合的主(zhu)要因素為(wei)：

  1. 結合表面(mian)的(de)精確裝配及其(qi)實際(ji)接觸面(mian)積的(de)大小(xiao)

    與(yu)結(jie)合(he)表面(mian)(mian)的(de)精確對正及其有效接觸面(mian)(mian)積的(de)大小(xiao)有關的(de)是(shi)表面(mian)(mian)能(neng)、表面(mian)(mian)氧化膜，結(jie)晶(jing)取向(xiang)、缺(que)、、缺(que)陷（如(ru)位移(yi)、晶(jing)界、各相的(de)相對位置(zhi)、顯微裂(lie)紋(wen)等）。物(wu)理化學研究(jiu)表明(ming)，幾何的(de)理想表面(mian)(mian)與(yu)物(wu)理真實的(de)兩層接觸表面(mian)(mian)大小(xiao)的(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金(jin)屬的化學(xue)成分

   鋼中添加合金(jin)元(yuan)素可(ke)降低(di)接觸層的焊合能力。

  3. 表(biao)面層(ceng)和中間層(ceng)的表(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. 結合層表面(mian)的應力狀態

   在變(bian)形(xing)過程(cheng)中(zhong)(zhong)，兩層不(bu)(bu)同金(jin)(jin)屬(shu)的(de)接(jie)觸(chu)表(biao)面(mian)(mian)不(bu)(bu)僅(jin)明顯增大(da)，而且接(jie)觸(chu)表(biao)面(mian)(mian)上有較高(gao)(gao)的(de)壓(ya)應力(li)(li)，使(shi)結合層的(de)焊(han)合質量得(de)到提高(gao)(gao)。因此(ci)，在復合管的(de)生產(chan)中(zhong)(zhong)，采用擠壓(ya)法和拉拔(ba)法以及皮爾格(ge)軋(ya)制法進行變(bian)形(xing)。由于橫(heng)軋(ya)或螺旋(xuan)軋(ya)制金(jin)(jin)屬(shu)在變(bian)形(xing)過程(cheng)中(zhong)(zhong)存在切向(xiang)拉應力(li)(li)，因此(ci)不(bu)(bu)能采用這兩種方(fang)法。

  5. 塑性變形(xing)時的接觸表面和溫度(du)

   兩層不同(tong)材料結合(he)表面的(de)增大(da)(da)，對于(yu)在各層同(tong)時(shi)變形(xing)過程中的(de)焊合(he)具有決定性的(de)作用。因(yin)為(wei)，其形(xing)成(cheng)的(de)接(jie)觸表面具有很大(da)(da)的(de)能量，而(er)兩層不同(tong)金(jin)屬結合(he)的(de)最(zui)大(da)(da)強度是在高(gao)溫變形(xing)時(shi)獲(huo)得的(de)。這是因(yin)為(wei)多數金(jin)屬在高(gao)溫變形(xing)的(de)條件下，塑性提(ti)高(gao)，且擴散也更迅速。

二、不銹鋼(gang)復合管坯料的制造方法

1. 不銹鋼(gang)復合管的生(sheng)產方法(fa)

  不銹鋼復(fu)合管的生產方(fang)法(fa)有多種，可以按雙(shuang)層坯料(liao)制造的方(fang)法(fa)來(lai)區分，也可以按所采(cai)用的變形方(fang)法(fa)來(lai)區分。

  按照兩層(ceng)不同材(cai)料的結合(he)方(fang)(fang)法，可將復合(he)管生產分為(wei)兩類，即以(yi)雙層(ceng)鑄坯、離心澆(jiao)鑄和(he)爆炸成形(xing)等非變形(xing)方(fang)(fang)法和(he)各種變形(xing)方(fang)(fang)法。

   a. 非變形(xing)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(jin)屬坯料(liao)也(ye)可用離心澆鑄的方法(fa)獲得，然后經過擠壓或(huo)皮爾格軋制加工成(cheng)雙層金(jin)屬復合成(cheng)品鋼管。

  采用爆(bao)炸(zha)成(cheng)型方法使兩層(ceng)不同金(jin)屬結合時，其結合不僅是爆(bao)炸(zha)波作用的(de)結果(guo)，也是輻射加熱的(de)結果(guo)。

 b. 變形法獲得(de)復合管

  采用變形方(fang)法(fa)使兩(liang)層(ceng)金(jin)屬(shu)結合的(de)方(fang)法(fa)有：

  ①. 互相插入不(bu)同材料的(de)空心(xin)管(guan)坯組(zu)合而成的(de)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(bu)銹鋼復合(he)管的熱擠壓工(gong)藝試驗

  為(wei)了簡化工藝(yi)(yi)、改善復(fu)合(he)管(guan)(guan)質(zhi)量，在立式穿孔機上(shang)通(tong)過熱(re)穿孔獲得(de)雙金屬坯料，然(ran)后(hou)在臥式擠壓(ya)機上(shang)通(tong)過熱(re)擠壓(ya)方(fang)法獲得(de)雙層金屬毛管(guan)(guan)，最(zui)后(hou)在皮爾格軋管(guan)(guan)機上(shang)通(tong)過冷軋得(de)到雙金屬復(fu)合(he)成品鋼管(guan)(guan)的工藝(yi)(yi)試驗。

  將(jiang)工頻感(gan)應(ying)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)坯(pi)(pi)(pi)料送入(ru)立式(shi)穿孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)(de)穿孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)內，在穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)(de)上面固定(ding)有冷態(tai)的(de)(de)(de)高合金(jin)鋼厚壁管(guan)(guan)。在坯(pi)(pi)(pi)料進行穿孔(kong)(kong)(kong)時，安置(zhi)在穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)上部的(de)(de)(de)厚壁管(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)裝入(ru)被穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)穿出的(de)(de)(de)內孔(kong)(kong)(kong)，形成雙(shuang)金(jin)屬(shu)空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)內層。在確定(ding)被用來形成組合坯(pi)(pi)(pi)料內層的(de)(de)(de)厚壁管(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)長度時，應(ying)考慮到穿孔(kong)(kong)(kong)過程中空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)料的(de)(de)(de)高度會有所增加(jia)(jia)（圖6-11),穿孔(kong)(kong)(kong)成的(de)(de)(de)雙(shuang)層金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)(pi)料再(zai)經(jing)工頻感(gan)應(ying)再(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)爐再(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)到擠壓溫度并擠壓成雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合管(guan)(guan)。用該工藝獲(huo)得的(de)(de)(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合管(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)，大大地減少了(le)(le)基層和復合層之間氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)形成，改(gai)善了(le)(le)兩(liang)層不(bu)同金(jin)屬(shu)間的(de)(de)(de)結合質量(liang)。

  具有耐蝕鋼內層的(de)(de)原始組合(he)坯料和不銹(xiu)鋼復(fu)合(he)管(guan)(guan)的(de)(de)材料及尺寸配合(he)情(qing)況見表6-7。通(tong)過擠壓(ya)可獲得(de)規(gui)格為φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)(de)復(fu)合(he)管(guan)(guan)。其(qi)中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼管(guan)(guan)在皮爾格軋機上可冷(leng)軋出規(gui)格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)(de)不銹(xiu)鋼復(fu)合(he)鋼管(guan)(guan)；ф86mm×4mm 鋼管(guan)(guan)加熱后進入13機架（微）張力定（減(jian)）徑(jing)機，減(jian)徑(jing)成規(gui)格為Φ45mm×3.5mm的(de)(de)不銹(xiu)鋼復(fu)合(he)鋼管(guan)(guan)。

  擠壓(ya)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(he)管變形時雙層結合(he)表面的增加

  不銹(xiu)鋼復(fu)(fu)合管(guan)(guan)雙層的(de)焊合質量在很大程度(du)上與變形時(shi)附著表(biao)面(mian)的(de)增加有關。把(ba)表(biao)面(mian)增加程度(du)定義為伸長(chang)率入變形后的(de)表(biao)面(mian)與原(yuan)始表(biao)面(mian)的(de)比值。因此，復(fu)(fu)合管(guan)(guan)外表(biao)面(mian)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(ya)力加工方法生產不(bu)銹(xiu)鋼復合(he)管時(shi)，由于變形(xing)程度保證了(le)(le)原(yuan)始(shi)的(de)結合(he)表面積至少增加了(le)(le)8倍(bei)，使得兩層不(bu)同材(cai)料能充分地焊(han)合(he)。

4. 不銹鋼復(fu)合(he)管的內表面質量(liang)

當不(bu)銹耐酸鋼復合管與腐(fu)蝕介質接觸時，表(biao)面(mian)顯微不(bu)平度(du)將(jiang)嚴重影(ying)響到其腐(fu)蝕速度(du)（表(biao)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(xiu)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)，復合管橫向上的表面顯微不平度比縱(zong)向的大。

  c. 不銹鋼復(fu)合管(guan)在(zai)皮爾格冷軋管(guan)機上冷軋后，可降低復(fu)合管(guan)的(de)(de)顯微不平(ping)度，同時也(ye)減小了粗糙度的(de)(de)離(li)散程度。

5. 不銹(xiu)鋼復(fu)合管基體材料內碳的擴(kuo)散

   不銹鋼復合管基體材料內碳的擴(kuo)散層深度見表6-9.

   從表6-9中(zhong)(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復合(he)管中(zhong)(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)(ceng)深度，在(zai)(zai)擠(ji)壓和(he)(he)冷軋后為(wei)(wei)0.07~0.10mm,鋼(gang)管在(zai)(zai)冷軋和(he)(he)930℃熱(re)處(chu)理(li)(li)后，擴(kuo)散(san)值增大到(dao)0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復合(he)管中(zhong)(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)(ceng)關系是類似的(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復合(he)管經皮(pi)爾格軋管機(ji)冷軋＋兩次930℃熱(re)處(chu)理(li)(li)后，擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)(ceng)變得特別深。如果不形(xing)成柱狀(zhuang)晶(jing)組織(zhi)，則在(zai)(zai)結(jie)合(he)層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)附(fu)近(jin)擴(kuo)散(san)區域的(de)(de)(de)寬(kuan)度為(wei)(wei)0.4mm.由于基體材料中(zhong)(zhong)形(xing)成的(de)(de)(de)碳化物，包括(kuo)鉻和(he)(he)鉬的(de)(de)(de)碳化物，碳向(xiang)復合(he)材料中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)減少。0Cr17Ti+35鋼(gang)復合(he)管含有1%的(de)(de)(de)鈦，基體材料中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)(ceng)非常明顯；在(zai)(zai)軋管機(ji)上(shang)冷軋和(he)(he)熱(re)處(chu)理(li)(li)后，擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)(ceng)深度比同類的(de)(de)(de)復合(he)材料0Cr17NiTi管的(de)(de)(de)要小。當在(zai)(zai)擠(ji)壓＋軋制或皮(pi)爾格軋管機(ji)上(shang)冷軋＋870℃下熱(re)處(chu)理(li)(li)，則擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)寬(kuan)度為(wei)(wei)0.30~0.38mm,同時在(zai)(zai)擴(kuo)散(san)方向(xiang)上(shang)形(xing)成了定向(xiang)排列的(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)。

  含高鈦(tai)和(he)鉻的(de)復合層(ceng)材料熱處理時，由于(yu)合金元素使活性(xing)降低(di)，從基體鋼中接收碳的(de)傾向較高。

6. 不銹鋼厚壁復合管的(de)擠壓

 為了(le)獲得(de)小直徑的(de)(de)不銹鋼(gang)厚壁復合(he)管（如(ru)內徑為10~15mm、壁厚為10mm),采(cai)(cai)用帶不固定芯棒的(de)(de)坯(pi)料擠(ji)壓工藝(yi)是(shi)較為理想(xiang)的(de)(de)選(xuan)擇。芯棒采(cai)(cai)用塑性(xing)的(de)(de)鋼(gang)質(zhi)芯桿。

  例如，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層金屬坯料經一次擠壓成ф26mm復(fu)(fu)合管，外(wai)層基(ji)體金屬為55CrNiMoV鋼，內部(bu)復(fu)(fu)合層金屬為1Cr24Al鋼。從(cong)擠壓后壓余的(de)縱向和(he)徑(jing)向截(jie)面可(ke)以(yi)看出，在(zai)變形時所有三(san)層材料的(de)金屬流動是對稱(cheng)的(de)（圖6-13).

  采用(yong)熱(re)擠壓工藝生產不銹鋼復合管時，鋼質芯棒也發生塑性變(bian)形，結合層表面(mian)增(zeng)加(jia)程度(du)(du)與外表面(mian)增(zeng)加(jia)程度(du)(du)幾乎相等。