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(liang)層不同材料結合(he)的因素

 在制造(zao)不銹鋼復合管時，影響兩層不同材(cai)料結合的(de)主要因素為：

  1. 結合表面的精(jing)確裝配及(ji)其實際接觸面積的大小

    與(yu)(yu)結合表面(mian)的精確對正及其有效接(jie)觸(chu)(chu)面(mian)積的大(da)小有關(guan)的是(shi)表面(mian)能、表面(mian)氧化膜，結晶(jing)取(qu)向、缺、、缺陷(xian)（如位移、晶(jing)界、各相的相對位置、顯(xian)微裂紋等）。物理(li)化學(xue)研究表明，幾何的理(li)想表面(mian)與(yu)(yu)物理(li)真實的兩層接(jie)觸(chu)(chu)表面(mian)大(da)小的比值可取(qu)1:50~1:12。

  2. 金屬(shu)的化(hua)學成分

   鋼中添加合金元(yuan)素可(ke)降低(di)接觸層的焊合能力。

  3. 表(biao)面(mian)層和中間層的(de)表(biao)面(mian)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(ceng)表面(mian)的應(ying)力狀(zhuang)態

   在(zai)變(bian)形過程中(zhong)(zhong)，兩層不同金屬(shu)的接觸(chu)表面不僅(jin)明顯增大，而且接觸(chu)表面上有較(jiao)高的壓(ya)應(ying)力(li)(li)，使結合(he)層的焊(han)合(he)質量得到提(ti)高。因(yin)此(ci)，在(zai)復合(he)管的生(sheng)產中(zhong)(zhong)，采用(yong)(yong)擠壓(ya)法和(he)拉拔法以及皮爾格軋制(zhi)(zhi)法進(jin)行變(bian)形。由于(yu)橫軋或螺旋(xuan)軋制(zhi)(zhi)金屬(shu)在(zai)變(bian)形過程中(zhong)(zhong)存在(zai)切向拉應(ying)力(li)(li)，因(yin)此(ci)不能采用(yong)(yong)這(zhe)兩種方法。

  5. 塑性變形(xing)時的接觸表面和溫度(du)

   兩(liang)層不同材(cai)料結合(he)表(biao)面的增大，對于(yu)在(zai)各(ge)層同時變(bian)形(xing)過程中的焊合(he)具(ju)有決定性(xing)的作用。因(yin)為，其(qi)形(xing)成的接(jie)觸表(biao)面具(ju)有很(hen)大的能量，而兩(liang)層不同金屬(shu)(shu)結合(he)的最大強度是(shi)(shi)在(zai)高(gao)溫變(bian)形(xing)時獲得的。這(zhe)是(shi)(shi)因(yin)為多數金屬(shu)(shu)在(zai)高(gao)溫變(bian)形(xing)的條件下，塑性(xing)提(ti)高(gao)，且擴(kuo)散也(ye)更迅速(su)。

二、不銹鋼(gang)復合管(guan)坯料的制造方法

1. 不銹鋼復合管的生產方(fang)法

  不銹鋼復合管的(de)生(sheng)產方(fang)法有多種(zhong)，可以(yi)按(an)雙層坯料制造的(de)方(fang)法來區(qu)分(fen)，也可以(yi)按(an)所采用的(de)變形方(fang)法來區(qu)分(fen)。

  按(an)照兩(liang)層不同(tong)材料的(de)結合(he)方法(fa)，可將復(fu)合(he)管(guan)生產分為兩(liang)類(lei)，即以雙層鑄坯(pi)、離心澆鑄和爆炸成(cheng)形等非變形方法(fa)和各(ge)種(zhong)變形方法(fa)。

   a. 非變(bian)形(xing)法獲得(de)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(shu)坯料(liao)也(ye)可用離心(xin)澆鑄的方法獲得，然后經過擠(ji)壓或(huo)皮爾格(ge)軋(ya)制加(jia)工成雙層金(jin)屬(shu)復合成品鋼管。

  采用(yong)(yong)爆炸成型方法使(shi)兩(liang)層不同金屬結合時，其(qi)結合不僅是(shi)(shi)爆炸波(bo)作用(yong)(yong)的結果(guo)，也是(shi)(shi)輻射加熱(re)的結果(guo)。

 b. 變形法獲得(de)復合管

  采用(yong)變形方(fang)法使(shi)兩層金屬結合(he)的(de)方(fang)法有：

  ①. 互(hu)相插入(ru)不同(tong)材料的(de)空(kong)心管坯組合而(er)成(cheng)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. 不銹鋼復合管的(de)熱(re)擠壓(ya)工(gong)藝試(shi)驗(yan)

  為了(le)簡化工(gong)藝、改(gai)善復合管(guan)質量，在(zai)立式(shi)穿孔機(ji)上通(tong)(tong)過熱穿孔獲(huo)得(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)坯(pi)料，然后在(zai)臥式(shi)擠壓(ya)機(ji)上通(tong)(tong)過熱擠壓(ya)方(fang)法(fa)獲(huo)得(de)雙(shuang)層金(jin)屬(shu)毛管(guan)，最后在(zai)皮(pi)爾格(ge)軋(ya)管(guan)機(ji)上通(tong)(tong)過冷軋(ya)得(de)到雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合成品鋼管(guan)的工(gong)藝試驗。

  將工(gong)頻感應(ying)加(jia)熱(re)爐加(jia)熱(re)的(de)(de)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)送入立式穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內(nei)，在(zai)(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)上面(mian)固定有(you)(you)冷態的(de)(de)高(gao)合(he)(he)(he)金(jin)鋼厚壁管。在(zai)(zai)(zai)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)進行穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，安置(zhi)在(zai)(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)上部的(de)(de)厚壁管坯(pi)(pi)裝入被穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)穿(chuan)出的(de)(de)內(nei)孔(kong)(kong)(kong)，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)雙金(jin)屬(shu)空心坯(pi)(pi)的(de)(de)內(nei)層(ceng)(ceng)。在(zai)(zai)(zai)確(que)定被用來形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)組合(he)(he)(he)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)厚壁管坯(pi)(pi)長度時，應(ying)考慮到穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中空心坯(pi)(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)高(gao)度會有(you)(you)所增加(jia)（圖6-11),穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)雙層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)再(zai)經工(gong)頻感應(ying)再(zai)加(jia)熱(re)爐再(zai)加(jia)熱(re)到擠(ji)壓溫度并擠(ji)壓成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)雙金(jin)屬(shu)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)管。用該工(gong)藝獲得的(de)(de)雙金(jin)屬(shu)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)管坯(pi)(pi)，大(da)大(da)地減少(shao)了(le)基層(ceng)(ceng)和(he)復(fu)(fu)合(he)(he)(he)層(ceng)(ceng)之間氧化膜(mo)的(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，改(gai)善了(le)兩層(ceng)(ceng)不同金(jin)屬(shu)間的(de)(de)結合(he)(he)(he)質量。

  具有耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)(gang)(gang)內(nei)層的(de)原始組合坯(pi)料和(he)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合管(guan)的(de)材料及尺寸(cun)配(pei)合情(qing)況見表6-7。通過擠(ji)壓可獲得(de)規格(ge)為(wei)φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的(de)復(fu)合管(guan)。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)在皮爾格(ge)軋機上可冷軋出規格(ge)為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)加熱后進入13機架（微(wei)）張力定（減）徑(jing)機，減徑(jing)成(cheng)規格(ge)為(wei)Φ45mm×3.5mm的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)合鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)。

  擠壓不銹鋼(gang)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(bu)銹(xiu)鋼復合管(guan)變(bian)形時(shi)雙(shuang)層結(jie)合表面的增加

  不銹鋼復合管雙層的焊合質(zhi)量(liang)在很大程(cheng)度(du)上與變形(xing)時附著(zhu)表面(mian)的增(zeng)(zeng)加有關(guan)。把表面(mian)增(zeng)(zeng)加程(cheng)度(du)定(ding)義為伸長率(lv)入(ru)變形(xing)后的表面(mian)與原始表面(mian)的比值。因此(ci)，復合管外表面(mian)增(zeng)(zeng)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(jian)證明，在采用壓力加工方(fang)法(fa)生產(chan)不(bu)銹(xiu)鋼復合管時，由于(yu)變形程度保(bao)證了原始的結合表面積至少增加了8倍，使(shi)得兩層不(bu)同(tong)材料能充分地焊合。

4. 不(bu)銹(xiu)鋼復合管(guan)的內表面質量(liang)

當不銹耐(nai)酸(suan)鋼(gang)復合管與(yu)腐蝕介質接觸時，表面顯微不平度將嚴(yan)重影響到其腐蝕速(su)度（表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(tong)的(de)加工條(tiao)件下，復合管橫(heng)向上(shang)的(de)表(biao)面顯微不平度比縱向的(de)大。

  c. 不銹鋼復合(he)管在皮爾格冷軋管機上冷軋后(hou)，可降低復合(he)管的顯微(wei)不平度(du)，同時也減小了粗(cu)糙度(du)的離散程度(du)。

5. 不銹鋼復(fu)合管基(ji)體材料(liao)內(nei)碳的擴散(san)

   不銹鋼復合管基體材(cai)料(liao)內碳的擴散(san)層深度見表6-9.

   從表6-9中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可以看(kan)出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)深(shen)度(du)，在擠壓(ya)和(he)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)后(hou)為0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)(guan)在冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)930℃熱(re)(re)處(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復(fu)(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)關系是(shi)類(lei)似(si)的(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)經皮(pi)爾格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋兩(liang)次930℃熱(re)(re)處(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)變得特別深(shen)。如果(guo)不(bu)形(xing)成(cheng)柱(zhu)狀晶組織，則在結(jie)合(he)層(ceng)表面附近擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)區域的(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)為0.4mm.由于基體材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)碳化物，包括鉻和(he)鉬的(de)(de)(de)碳化物，碳向(xiang)(xiang)復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)含有1%的(de)(de)(de)鈦，基體材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)非常明顯；在軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機上(shang)(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)熱(re)(re)處(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)深(shen)度(du)比同類(lei)的(de)(de)(de)復(fu)(fu)(fu)合(he)材(cai)料0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)(de)(de)要小。當在擠壓(ya)＋軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)或皮(pi)爾格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機上(shang)(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱(re)(re)處(chu)理，則擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)的(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)為0.30~0.38mm,同時(shi)在擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)方向(xiang)(xiang)上(shang)(shang)形(xing)成(cheng)了定向(xiang)(xiang)排列的(de)(de)(de)柱(zhu)狀晶。

  含高鈦(tai)和鉻的(de)復合層(ceng)材料(liao)熱(re)處理時(shi)，由于合金元(yuan)素使(shi)活(huo)性降低，從基體鋼中(zhong)接收碳(tan)的(de)傾向(xiang)較高。

6. 不銹鋼厚壁復(fu)合管的擠(ji)壓

 為(wei)了獲(huo)得小直徑的不銹鋼厚壁復合管（如(ru)內徑為(wei)10~15mm、壁厚為(wei)10mm),采用(yong)帶不固定芯(xin)棒的坯(pi)料擠(ji)壓工藝(yi)是較為(wei)理想的選擇。芯(xin)棒采用(yong)塑(su)性的鋼質芯(xin)桿。

  例如，采用(yong)1Mn18Cr12V 塑(su)性芯棒，將φ145mm雙(shuang)層金屬坯料(liao)(liao)經(jing)一次擠(ji)壓(ya)成ф26mm復合管，外層基體金屬為55CrNiMoV鋼，內部復合層金屬為1Cr24Al鋼。從擠(ji)壓(ya)后壓(ya)余的縱(zong)向和徑向截(jie)面可(ke)以看出，在變(bian)形時所有三層材料(liao)(liao)的金屬流動是對稱的（圖6-13).

  采用熱擠壓工藝(yi)生產(chan)不銹鋼復合管(guan)時，鋼質芯棒也發生塑性變形，結合層(ceng)表面(mian)增加程度(du)與外表面(mian)增加程度(du)幾乎(hu)相等。