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(xiang)兩(liang)層不同(tong)材料(liao)結合的因素

 在制(zhi)造(zao)不銹鋼復合管時，影(ying)響兩層不同材(cai)料結(jie)合的主要因素(su)為：

  1. 結合表(biao)面(mian)的精(jing)確裝(zhuang)配及其實際(ji)接觸面(mian)積的大(da)小

    與結合(he)表面(mian)的(de)精確對(dui)正及其有(you)效接觸面(mian)積的(de)大(da)小有(you)關的(de)是表面(mian)能、表面(mian)氧(yang)化膜，結晶(jing)取(qu)向、缺、、缺陷（如位(wei)移、晶(jing)界、各(ge)相(xiang)的(de)相(xiang)對(dui)位(wei)置、顯(xian)微裂紋等(deng)）。物(wu)理(li)(li)化學(xue)研(yan)究表明，幾(ji)何的(de)理(li)(li)想表面(mian)與物(wu)理(li)(li)真實的(de)兩層(ceng)接觸表面(mian)大(da)小的(de)比值(zhi)可(ke)取(qu)1:50~1:12。

  2. 金屬的化學成(cheng)分

   鋼中添加(jia)合(he)金元(yuan)素可降低接觸(chu)層的焊合(he)能力。

  3. 表面層(ceng)和中(zhong)間層(ceng)的(de)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. 結合層表面的應力狀態

   在(zai)(zai)變形(xing)過程中，兩(liang)層不同金屬的(de)(de)接(jie)觸表(biao)面(mian)不僅明顯增大(da)，而且接(jie)觸表(biao)面(mian)上(shang)有較(jiao)高的(de)(de)壓(ya)應力(li)，使結合(he)層的(de)(de)焊(han)合(he)質量(liang)得到提(ti)高。因此，在(zai)(zai)復合(he)管的(de)(de)生產中，采(cai)用擠壓(ya)法(fa)和拉拔法(fa)以及(ji)皮爾格軋制(zhi)法(fa)進行變形(xing)。由于橫軋或螺(luo)旋軋制(zhi)金屬在(zai)(zai)變形(xing)過程中存在(zai)(zai)切(qie)向拉應力(li)，因此不能采(cai)用這(zhe)兩(liang)種方法(fa)。

  5. 塑性變(bian)形時的接觸表面和溫度(du)

   兩層不(bu)同(tong)(tong)材料結合(he)表面的(de)增大，對于在各層同(tong)(tong)時變(bian)形過程中(zhong)的(de)焊合(he)具(ju)有(you)決定性(xing)的(de)作用。因為(wei)，其形成的(de)接觸(chu)表面具(ju)有(you)很大的(de)能量，而兩層不(bu)同(tong)(tong)金屬(shu)結合(he)的(de)最大強度是(shi)在高溫變(bian)形時獲得(de)的(de)。這是(shi)因為(wei)多(duo)數金屬(shu)在高溫變(bian)形的(de)條件下，塑(su)性(xing)提(ti)高，且擴(kuo)散也(ye)更迅速。

二、不銹(xiu)鋼復合管(guan)坯料的制造方法(fa)

1. 不銹鋼復合管的生(sheng)產方法

  不銹(xiu)鋼復(fu)合管(guan)的生產方法有多種，可以按雙層坯料制造(zao)的方法來區分，也(ye)可以按所采用的變形方法來區分。

  按(an)照兩層不同材料的結合(he)方(fang)法(fa)，可將復合(he)管生產(chan)分為兩類，即(ji)以(yi)雙(shuang)層鑄坯、離心(xin)澆鑄和爆炸成形等(deng)非變形方(fang)法(fa)和各種變形方(fang)法(fa)。

   a. 非變(bian)形法(fa)獲得復合管

   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(pi)料也可用離心澆(jiao)鑄的方法獲得(de)，然后經過擠壓或皮爾格軋制(zhi)加工成雙層金屬(shu)復合成品(pin)鋼管。

  采用爆炸(zha)成(cheng)型方法使(shi)兩層不同金屬結(jie)(jie)(jie)合(he)時，其結(jie)(jie)(jie)合(he)不僅是爆炸(zha)波作用的結(jie)(jie)(jie)果(guo)，也是輻射加(jia)熱的結(jie)(jie)(jie)果(guo)。

 b. 變形法獲得復合(he)管

  采用變形方法(fa)使兩(liang)層(ceng)金屬結(jie)合的方法(fa)有：

  ①. 互(hu)相插入不同材料的空心管(guan)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(gang)復合管的熱(re)擠壓工藝試驗

  為了簡化工藝、改善(shan)復(fu)合管質量，在(zai)(zai)立式穿(chuan)孔(kong)機上(shang)通過熱穿(chuan)孔(kong)獲得(de)雙金屬坯(pi)料，然(ran)后在(zai)(zai)臥式擠壓機上(shang)通過熱擠壓方法獲得(de)雙層金屬毛管，最后在(zai)(zai)皮爾格軋管機上(shang)通過冷軋得(de)到雙金屬復(fu)合成品鋼(gang)管的工藝試(shi)驗。

  將工頻(pin)(pin)感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)(re)(re)爐加(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)坯(pi)(pi)(pi)料送(song)入(ru)立(li)式(shi)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)(de)(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)內(nei)，在(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)面固定有(you)冷態的(de)(de)(de)(de)(de)高合(he)(he)金(jin)鋼(gang)厚壁(bi)(bi)管。在(zai)坯(pi)(pi)(pi)料進行穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，安置在(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭上(shang)部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)厚壁(bi)(bi)管坯(pi)(pi)(pi)裝入(ru)被(bei)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭穿(chuan)出的(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)孔(kong)(kong)(kong)，形(xing)成雙金(jin)屬(shu)空心(xin)坯(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)層(ceng)(ceng)。在(zai)確(que)定被(bei)用來形(xing)成組合(he)(he)坯(pi)(pi)(pi)料內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)厚壁(bi)(bi)管坯(pi)(pi)(pi)長度時(shi)，應(ying)考慮到穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中空心(xin)坯(pi)(pi)(pi)料的(de)(de)(de)(de)(de)高度會有(you)所增加(jia)（圖(tu)6-11),穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)成的(de)(de)(de)(de)(de)雙層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)(pi)料再經工頻(pin)(pin)感(gan)應(ying)再加(jia)熱(re)(re)(re)爐再加(jia)熱(re)(re)(re)到擠(ji)壓溫度并擠(ji)壓成雙金(jin)屬(shu)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)管。用該(gai)工藝獲得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)雙金(jin)屬(shu)復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)管坯(pi)(pi)(pi)，大(da)大(da)地減少(shao)了(le)(le)基層(ceng)(ceng)和復(fu)(fu)(fu)合(he)(he)層(ceng)(ceng)之間氧化膜的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成，改善了(le)(le)兩層(ceng)(ceng)不同金(jin)屬(shu)間的(de)(de)(de)(de)(de)結合(he)(he)質量。

  具有(you)耐(nai)蝕鋼(gang)內層的(de)原始(shi)組(zu)合坯(pi)料(liao)和不銹鋼(gang)復(fu)(fu)合管(guan)的(de)材料(liao)及尺寸配合情況見表6-7。通過擠壓可(ke)獲得(de)規(gui)(gui)格(ge)為φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)復(fu)(fu)合管(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)管(guan)在皮爾格(ge)軋(ya)機上可(ke)冷軋(ya)出規(gui)(gui)格(ge)為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不銹鋼(gang)復(fu)(fu)合鋼(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)管(guan)加(jia)熱后(hou)進入(ru)13機架（微）張力定（減）徑機，減徑成規(gui)(gui)格(ge)為Φ45mm×3.5mm的(de)不銹鋼(gang)復(fu)(fu)合鋼(gang)管(guan)。

  擠(ji)壓(ya)不(bu)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(guan)變形(xing)時雙層結合(he)表面的(de)增加

  不銹鋼復合(he)(he)管雙層的(de)焊合(he)(he)質量在(zai)很大程度(du)上(shang)與變形(xing)時附著表(biao)(biao)面(mian)的(de)增加有關。把表(biao)(biao)面(mian)增加程度(du)定(ding)義為伸(shen)長率(lv)入變形(xing)后(hou)的(de)表(biao)(biao)面(mian)與原始表(biao)(biao)面(mian)的(de)比值。因此，復合(he)(he)管外表(biao)(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(shi)踐證(zheng)明(ming)，在采用壓力加工(gong)方法生產不(bu)銹鋼復(fu)合(he)(he)管時，由于變形(xing)程(cheng)度保證(zheng)了(le)原始的結合(he)(he)表面積(ji)至少增(zeng)加了(le)8倍，使得(de)兩(liang)層(ceng)不(bu)同材料能(neng)充分地焊合(he)(he)。

4. 不銹鋼復(fu)合管的內表(biao)面質量

當(dang)不銹耐酸鋼(gang)復合(he)管與(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)介質接觸時，表(biao)面顯(xian)微不平度將嚴重(zhong)影響到其腐(fu)(fu)蝕(shi)速度（表(biao)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(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(de)加工條件下，復合管橫向(xiang)上的(de)表面顯微(wei)不平度比(bi)縱向(xiang)的(de)大。

  c. 不銹鋼復合管(guan)在皮(pi)爾格冷軋管(guan)機上(shang)冷軋后，可(ke)降低復合管(guan)的顯微(wei)不平度，同時也減小了(le)粗(cu)糙度的離散程度。

5. 不(bu)銹鋼復合管基體材料(liao)內(nei)碳的擴(kuo)散

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

   從表(biao)6-9中(zhong)(zhong)可(ke)以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復合(he)(he)(he)管(guan)中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深度，在(zai)(zai)(zai)擠壓和冷軋(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼管(guan)在(zai)(zai)(zai)冷軋(ya)(ya)(ya)(ya)和930℃熱處(chu)(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)值增大到(dao)0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復合(he)(he)(he)管(guan)中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)關系是(shi)類(lei)似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復合(he)(he)(he)管(guan)經皮爾(er)格軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)機冷軋(ya)(ya)(ya)(ya)＋兩次930℃熱處(chu)(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)變得特別(bie)深。如(ru)果(guo)不(bu)形成柱狀晶組織，則(ze)在(zai)(zai)(zai)結合(he)(he)(he)層(ceng)(ceng)表(biao)面附近(jin)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)區域(yu)的(de)(de)寬度為(wei)0.4mm.由于(yu)基(ji)體(ti)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)形成的(de)(de)碳(tan)(tan)化物，包括鉻和鉬的(de)(de)碳(tan)(tan)化物，碳(tan)(tan)向(xiang)(xiang)復合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)減少。0Cr17Ti+35鋼復合(he)(he)(he)管(guan)含(han)有1%的(de)(de)鈦，基(ji)體(ti)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)非常(chang)明顯；在(zai)(zai)(zai)軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)機上(shang)冷軋(ya)(ya)(ya)(ya)和熱處(chu)(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深度比同類(lei)的(de)(de)復合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)要(yao)小。當在(zai)(zai)(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)(ya)(ya)制(zhi)或皮爾(er)格軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)機上(shang)冷軋(ya)(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱處(chu)(chu)理，則(ze)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)的(de)(de)寬度為(wei)0.30~0.38mm,同時(shi)在(zai)(zai)(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)方(fang)向(xiang)(xiang)上(shang)形成了定(ding)向(xiang)(xiang)排(pai)列的(de)(de)柱狀晶。

  含高鈦(tai)和鉻的復合層材料熱處理(li)時，由于合金元素使活性降低，從(cong)基體(ti)鋼中接收碳的傾向較高。

6. 不銹鋼厚壁復合管的(de)擠壓

 為(wei)了獲得小直徑的(de)(de)不銹鋼(gang)厚壁(bi)復合管（如內徑為(wei)10~15mm、壁(bi)厚為(wei)10mm),采(cai)(cai)用帶不固定芯(xin)棒的(de)(de)坯料擠壓工藝(yi)是較為(wei)理想(xiang)的(de)(de)選(xuan)擇。芯(xin)棒采(cai)(cai)用塑性的(de)(de)鋼(gang)質芯(xin)桿。

  例如，采用(yong)1Mn18Cr12V 塑(su)性芯棒，將φ145mm雙層金屬坯(pi)料(liao)經一次擠壓成ф26mm復(fu)合管(guan)，外層基體(ti)金屬為55CrNiMoV鋼，內部(bu)復(fu)合層金屬為1Cr24Al鋼。從擠壓后壓余的縱向和(he)徑向截面可以(yi)看出，在變(bian)形時(shi)所有三層材料(liao)的金屬流動是對稱的（圖6-13).

  采(cai)用熱擠(ji)壓(ya)工藝生產不銹鋼復合管時，鋼質芯棒也(ye)發生塑性變形，結(jie)合層表面(mian)增加(jia)程(cheng)(cheng)度與外表面(mian)增加(jia)程(cheng)(cheng)度幾乎相等(deng)。