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(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(bu)同材料結合的因素

 在制造不銹鋼(gang)復合管(guan)時，影響(xiang)兩層不同(tong)材(cai)料結合的(de)主要因素(su)為：

  1. 結合表(biao)面(mian)的精確裝配(pei)及其實(shi)際接觸面(mian)積的大小

    與結合表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)精確對正及其有效接觸面(mian)積(ji)的(de)(de)(de)大小(xiao)有關的(de)(de)(de)是表(biao)面(mian)能、表(biao)面(mian)氧化(hua)膜，結晶取向、缺、、缺陷（如位移、晶界、各相的(de)(de)(de)相對位置、顯微裂紋等）。物理(li)化(hua)學研(yan)究表(biao)明，幾何的(de)(de)(de)理(li)想表(biao)面(mian)與物理(li)真實的(de)(de)(de)兩層接觸表(biao)面(mian)大小(xiao)的(de)(de)(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的化學成(cheng)分

   鋼中添加合(he)金元素可降(jiang)低接觸層(ceng)的焊合(he)能力。

  3. 表(biao)面層和中間層的(de)表(biao)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)表面的應力狀態(tai)

   在(zai)變形過程中，兩(liang)層不(bu)同金屬的接觸表(biao)面(mian)不(bu)僅明顯增大(da)，而且(qie)接觸表(biao)面(mian)上有(you)較高的壓(ya)應力(li)，使結合層的焊合質(zhi)量得到提高。因(yin)此(ci)(ci)，在(zai)復合管的生產中，采(cai)用擠壓(ya)法和拉拔法以及皮(pi)爾(er)格軋(ya)制(zhi)法進行變形。由于橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制(zhi)金屬在(zai)變形過程中存在(zai)切向拉應力(li)，因(yin)此(ci)(ci)不(bu)能采(cai)用這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法。

  5. 塑性變(bian)形時(shi)的接觸(chu)表面和(he)溫度

   兩層不同(tong)(tong)材料(liao)結合表(biao)面(mian)的(de)(de)增大，對于(yu)在各層同(tong)(tong)時變形(xing)(xing)過程中的(de)(de)焊合具有決定性的(de)(de)作用。因(yin)為，其形(xing)(xing)成的(de)(de)接(jie)觸(chu)表(biao)面(mian)具有很大的(de)(de)能量，而兩層不同(tong)(tong)金(jin)屬結合的(de)(de)最大強度是(shi)在高(gao)溫變形(xing)(xing)時獲得(de)的(de)(de)。這是(shi)因(yin)為多數(shu)金(jin)屬在高(gao)溫變形(xing)(xing)的(de)(de)條(tiao)件(jian)下，塑性提高(gao)，且擴(kuo)散也(ye)更迅速。

二、不銹鋼復合管坯料的制(zhi)造方(fang)法

1. 不(bu)銹鋼復合管的生產(chan)方法

  不銹鋼(gang)復(fu)合管的生(sheng)產方(fang)法有多種，可以(yi)按(an)雙層坯料制造的方(fang)法來區(qu)分(fen)，也可以(yi)按(an)所(suo)采用的變形方(fang)法來區(qu)分(fen)。

  按照兩(liang)層不同材(cai)料的結合方法，可將復合管生(sheng)產(chan)分(fen)為(wei)兩(liang)類，即(ji)以雙層鑄(zhu)坯(pi)、離心澆鑄(zhu)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(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(jin)屬(shu)坯料(liao)也可用(yong)離心(xin)澆鑄的方法獲得，然后經過擠(ji)壓(ya)或皮爾格軋(ya)制加工(gong)成雙層金(jin)屬(shu)復合(he)成品鋼管。

  采(cai)用爆(bao)炸成型方法使兩(liang)層不同(tong)金屬結(jie)合時，其結(jie)合不僅是爆(bao)炸波作用的結(jie)果，也(ye)是輻(fu)射加(jia)熱的結(jie)果。

 b. 變形法(fa)獲(huo)得(de)復合管

  采用變形方法(fa)使兩層金屬結合的方法(fa)有：

  ①. 互相(xiang)插入(ru)不同材料(liao)的空心管坯組(zu)合而成(cheng)的擠(ji)壓(ya)坯料(liao)（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(de)熱擠(ji)壓工藝試驗

  為了簡化工藝、改善復(fu)合(he)管質量，在(zai)立式穿孔(kong)機上(shang)通(tong)過熱穿孔(kong)獲得雙金屬坯料，然(ran)后在(zai)臥式擠壓(ya)機上(shang)通(tong)過熱擠壓(ya)方法獲得雙層金屬毛管，最后在(zai)皮爾格軋管機上(shang)通(tong)過冷軋得到(dao)雙金屬復(fu)合(he)成品鋼管的工藝試驗(yan)。

  將工(gong)頻(pin)(pin)感(gan)應加(jia)熱(re)爐(lu)加(jia)熱(re)的(de)坯(pi)(pi)(pi)料送入(ru)立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒內(nei)(nei)，在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)上(shang)面固定有(you)冷態的(de)高合金(jin)鋼厚(hou)壁管(guan)(guan)(guan)(guan)。在坯(pi)(pi)(pi)料進(jin)行穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)時，安置(zhi)在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭上(shang)部的(de)厚(hou)壁管(guan)(guan)(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)裝(zhuang)入(ru)被(bei)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭穿(chuan)(chuan)出的(de)內(nei)(nei)孔(kong)(kong)，形成(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)空心坯(pi)(pi)(pi)的(de)內(nei)(nei)層。在確定被(bei)用(yong)來形成(cheng)組合坯(pi)(pi)(pi)料內(nei)(nei)層的(de)厚(hou)壁管(guan)(guan)(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)長度(du)時，應考慮到(dao)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中空心坯(pi)(pi)(pi)料的(de)高度(du)會有(you)所(suo)增加(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)成(cheng)的(de)雙(shuang)層金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)(pi)料再經工(gong)頻(pin)(pin)感(gan)應再加(jia)熱(re)爐(lu)再加(jia)熱(re)到(dao)擠壓(ya)溫度(du)并擠壓(ya)成(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合管(guan)(guan)(guan)(guan)。用(yong)該工(gong)藝(yi)獲得(de)的(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合管(guan)(guan)(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)，大(da)大(da)地減(jian)少了基(ji)層和復合層之間氧化膜(mo)的(de)形成(cheng)，改善了兩層不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)間的(de)結合質量。

  具有耐蝕鋼(gang)(gang)內層的(de)原始組(zu)合(he)(he)(he)坯料和不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)的(de)材(cai)料及尺寸(cun)配(pei)合(he)(he)(he)情況見表(biao)6-7。通過擠壓可獲得規格為(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)在皮爾格軋機上可冷軋出規格為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)復合(he)(he)(he)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)加(jia)熱后進入13機架（微(wei)）張力定(ding)（減）徑機，減徑成規格為(wei)Φ45mm×3.5mm的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)復合(he)(he)(he)鋼(gang)(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(xiu)鋼復合管變形時雙層(ceng)結合表面的增加

  不銹鋼復合(he)管雙層的焊合(he)質量(liang)在很大程(cheng)度(du)上與變形(xing)時附著表(biao)面(mian)的增加有關。把表(biao)面(mian)增加程(cheng)度(du)定(ding)義為伸(shen)長率(lv)入(ru)變形(xing)后的表(biao)面(mian)與原始(shi)表(biao)面(mian)的比值。因此，復合(he)管外表(biao)面(mian)增加程(cheng)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，在采用壓力加(jia)工方法生產不(bu)銹鋼復合管時，由于變形(xing)程度保證了原始的結合表(biao)面積至少增(zeng)加(jia)了8倍，使(shi)得兩層(ceng)不(bu)同材料能充分(fen)地焊合。

4. 不銹鋼復合管的(de)內表(biao)面質量(liang)

當不(bu)銹耐(nai)酸鋼復(fu)合管與腐(fu)蝕(shi)介質接觸時，表(biao)面(mian)顯微不(bu)平度將嚴重影響到(dao)其腐(fu)蝕(shi)速度（表(biao)6-8)。

從表6-8可以看出(chu)：

   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(bu)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(xiang)同的加工條件下，復合管橫向上(shang)的表面(mian)顯微不平度比縱向的大。

  c. 不銹鋼復合(he)管在(zai)皮爾格(ge)冷(leng)軋管機上(shang)冷(leng)軋后，可降(jiang)低(di)復合(he)管的顯微不平(ping)度，同(tong)時也減小(xiao)了粗糙度的離散程度。

5. 不銹鋼復合管基體材(cai)料內碳(tan)的擴散(san)

   不銹鋼(gang)復合管(guan)基體(ti)材(cai)料內碳的擴(kuo)散層深度見表6-9.

   從表(biao)6-9中(zhong)可以(yi)看出(chu)，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)合管(guan)中(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)深(shen)度，在擠(ji)(ji)壓和冷(leng)軋后(hou)(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼管(guan)在冷(leng)軋和930℃熱(re)處理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)值增大(da)到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)合管(guan)中(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)關系是類似(si)的(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合管(guan)經皮爾(er)格軋管(guan)機(ji)冷(leng)軋＋兩次930℃熱(re)處理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)變得特別(bie)深(shen)。如果不形成(cheng)柱(zhu)狀晶組(zu)織(zhi)，則(ze)在結(jie)合層(ceng)表(biao)面(mian)附近擴(kuo)散(san)(san)(san)區域(yu)的(de)(de)(de)寬(kuan)度為(wei)0.4mm.由(you)于基體材料(liao)中(zhong)形成(cheng)的(de)(de)(de)碳化(hua)物，包括鉻和鉬的(de)(de)(de)碳化(hua)物，碳向(xiang)復(fu)合材料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼復(fu)合管(guan)含有1%的(de)(de)(de)鈦，基體材料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)非常明顯；在軋管(guan)機(ji)上(shang)冷(leng)軋和熱(re)處理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)深(shen)度比(bi)同類的(de)(de)(de)復(fu)合材料(liao)0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)(de)要小。當在擠(ji)(ji)壓＋軋制或皮爾(er)格軋管(guan)機(ji)上(shang)冷(leng)軋＋870℃下熱(re)處理(li)(li)，則(ze)擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)的(de)(de)(de)寬(kuan)度為(wei)0.30~0.38mm,同時在擴(kuo)散(san)(san)(san)方向(xiang)上(shang)形成(cheng)了定向(xiang)排列的(de)(de)(de)柱(zhu)狀晶。

  含高(gao)鈦和鉻的復合(he)層(ceng)材料熱處理時，由于合(he)金元素使活性降低(di)，從基(ji)體鋼中(zhong)接收碳的傾向較高(gao)。

6. 不銹鋼厚壁(bi)復合管(guan)的擠壓

 為了獲得小直徑的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼厚壁(bi)復合管(guan)（如內徑為10~15mm、壁(bi)厚為10mm),采用(yong)帶不(bu)(bu)固定芯棒(bang)的(de)(de)(de)坯料擠壓工藝是較為理想的(de)(de)(de)選擇。芯棒(bang)采用(yong)塑性的(de)(de)(de)鋼質芯桿。

  例(li)如，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒(bang)，將φ145mm雙層(ceng)金屬(shu)坯(pi)料經一(yi)次擠(ji)壓(ya)成ф26mm復合(he)(he)管，外層(ceng)基體金屬(shu)為55CrNiMoV鋼(gang)，內(nei)部復合(he)(he)層(ceng)金屬(shu)為1Cr24Al鋼(gang)。從(cong)擠(ji)壓(ya)后壓(ya)余的(de)縱向和徑(jing)向截面可以看出，在變形時所有三層(ceng)材料的(de)金屬(shu)流動是對稱的(de)（圖6-13).

  采用熱擠壓工(gong)藝生(sheng)產不銹(xiu)鋼(gang)復合管時(shi)，鋼(gang)質芯棒(bang)也發生(sheng)塑性變形，結合層表面(mian)增加程度與外表面(mian)增加程度幾(ji)乎相等。