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(yi)、影響兩層不(bu)同材料結合的因素

 在制造不銹鋼復合(he)管(guan)時，影響兩層不同(tong)材料結(jie)合(he)的主要因素為：

  1. 結合表面(mian)的精確裝配(pei)及其實際接觸面(mian)積的大(da)小

    與結合表(biao)面的(de)精確對正及其有效接觸(chu)面積的(de)大小(xiao)有關的(de)是表(biao)面能、表(biao)面氧化膜，結晶取向、缺、、缺陷（如位(wei)移、晶界(jie)、各相(xiang)的(de)相(xiang)對位(wei)置、顯(xian)微(wei)裂(lie)紋等(deng)）。物(wu)理化學研究表(biao)明(ming)，幾何的(de)理想表(biao)面與物(wu)理真實的(de)兩層(ceng)接觸(chu)表(biao)面大小(xiao)的(de)比(bi)值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的(de)化學成分

   鋼中添加合(he)金元(yuan)素可(ke)降低接觸(chu)層的焊(han)合(he)能力(li)。

  3. 表(biao)面(mian)層(ceng)和中(zhong)間層(ceng)的表(biao)面(mian)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(de)應力狀態

   在(zai)(zai)變形(xing)過程中(zhong)，兩(liang)層不同金屬(shu)的接(jie)觸(chu)表面(mian)不僅明顯增大，而且接(jie)觸(chu)表面(mian)上有較高的壓應(ying)力(li)，使結合層的焊合質量得到(dao)提高。因此，在(zai)(zai)復合管(guan)的生(sheng)產中(zhong)，采用擠(ji)壓法(fa)(fa)和拉(la)拔法(fa)(fa)以(yi)及皮爾格軋(ya)制法(fa)(fa)進行變形(xing)。由于橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制金屬(shu)在(zai)(zai)變形(xing)過程中(zhong)存在(zai)(zai)切向(xiang)拉(la)應(ying)力(li)，因此不能采用這兩(liang)種(zhong)方法(fa)(fa)。

  5. 塑(su)性變(bian)形(xing)時的接觸表面和(he)溫度

   兩(liang)層不同材料(liao)結(jie)合(he)表面的(de)(de)增大，對(dui)于在(zai)各層同時變形過程(cheng)中的(de)(de)焊合(he)具有(you)決(jue)定性的(de)(de)作用。因為，其形成的(de)(de)接觸表面具有(you)很大的(de)(de)能量，而(er)兩(liang)層不同金(jin)屬結(jie)合(he)的(de)(de)最大強度是(shi)在(zai)高溫變形時獲(huo)得的(de)(de)。這是(shi)因為多數(shu)金(jin)屬在(zai)高溫變形的(de)(de)條件下(xia)，塑(su)性提(ti)高，且擴散(san)也更迅速。

二、不銹鋼(gang)復合管坯料的制造方法

1. 不(bu)銹鋼復合(he)管的生產方法(fa)

  不銹鋼復合管的生產方(fang)法有多種，可以按(an)雙層坯(pi)料制(zhi)造的方(fang)法來區分，也(ye)可以按(an)所(suo)采用的變形方(fang)法來區分。

  按(an)照兩層(ceng)(ceng)不同材料的結(jie)合(he)方(fang)(fang)法，可(ke)將復合(he)管生產分為兩類，即(ji)以雙層(ceng)(ceng)鑄坯、離心澆鑄和爆(bao)炸(zha)成形等非(fei)變形方(fang)(fang)法和各種變形方(fang)(fang)法。

   a. 非(fei)變形(xing)法獲得復合管

   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)坯料也(ye)可用離心澆鑄(zhu)的(de)方法獲(huo)得，然后經過擠(ji)壓(ya)或皮爾(er)格軋制加工成雙層金屬(shu)復合(he)成品鋼(gang)管。

  采用爆(bao)(bao)炸(zha)成(cheng)型方法(fa)使兩(liang)層不(bu)同(tong)金屬結合時，其結合不(bu)僅是(shi)爆(bao)(bao)炸(zha)波作用的結果，也是(shi)輻射加熱的結果。

 b. 變形法獲得復合管

  采用變形(xing)方(fang)法使兩(liang)層金屬結合(he)的方(fang)法有：

  ①. 互相插入不(bu)同材料(liao)的空心管(guan)坯組合而成的擠壓(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(re)擠壓工藝試驗

  為了簡(jian)化工(gong)藝、改(gai)善復(fu)合(he)管質量，在(zai)立(li)式穿孔機上通(tong)過熱穿孔獲(huo)得雙(shuang)金屬坯料，然后在(zai)臥式擠壓機上通(tong)過熱擠壓方法獲(huo)得雙(shuang)層金屬毛管，最后在(zai)皮爾(er)格軋管機上通(tong)過冷(leng)軋得到(dao)雙(shuang)金屬復(fu)合(he)成品鋼管的工(gong)藝試驗。

  將工頻感應加(jia)熱(re)(re)爐(lu)加(jia)熱(re)(re)的(de)(de)(de)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)送(song)入立(li)式穿(chuan)(chuan)孔機的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔筒內，在(zai)穿(chuan)(chuan)孔頭的(de)(de)(de)上面固定(ding)有(you)冷態的(de)(de)(de)高合金(jin)(jin)(jin)鋼厚(hou)壁管(guan)。在(zai)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)進行穿(chuan)(chuan)孔時，安置在(zai)穿(chuan)(chuan)孔頭上部的(de)(de)(de)厚(hou)壁管(guan)坯(pi)(pi)(pi)裝入被穿(chuan)(chuan)孔頭穿(chuan)(chuan)出的(de)(de)(de)內孔，形(xing)成雙金(jin)(jin)(jin)屬空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)內層(ceng)。在(zai)確定(ding)被用來(lai)形(xing)成組合坯(pi)(pi)(pi)料(liao)內層(ceng)的(de)(de)(de)厚(hou)壁管(guan)坯(pi)(pi)(pi)長(chang)度時，應考慮到穿(chuan)(chuan)孔過(guo)程中(zhong)空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)料(liao)的(de)(de)(de)高度會有(you)所增加(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔成的(de)(de)(de)雙層(ceng)金(jin)(jin)(jin)屬坯(pi)(pi)(pi)料(liao)再(zai)經(jing)工頻感應再(zai)加(jia)熱(re)(re)爐(lu)再(zai)加(jia)熱(re)(re)到擠(ji)壓(ya)溫度并擠(ji)壓(ya)成雙金(jin)(jin)(jin)屬復(fu)合管(guan)。用該工藝獲得(de)的(de)(de)(de)雙金(jin)(jin)(jin)屬復(fu)合管(guan)坯(pi)(pi)(pi)，大(da)大(da)地減(jian)少了基層(ceng)和復(fu)合層(ceng)之間(jian)氧化膜的(de)(de)(de)形(xing)成，改善了兩層(ceng)不同金(jin)(jin)(jin)屬間(jian)的(de)(de)(de)結合質(zhi)量。

  具有耐(nai)蝕鋼(gang)(gang)(gang)(gang)內層的原始組合坯料和不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)復合管(guan)的材料及尺寸配合情(qing)況見表6-7。通過擠壓可(ke)獲得(de)規格(ge)為(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的復合管(guan)。其(qi)中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)在皮爾格(ge)軋機(ji)上可(ke)冷軋出規格(ge)為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)復合鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)加熱(re)后進(jin)入(ru)13機(ji)架（微）張(zhang)力定（減(jian)）徑機(ji)，減(jian)徑成規格(ge)為(wei)Φ45mm×3.5mm的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)復合鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)。

  擠(ji)壓不銹鋼管(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. 不銹鋼復合管變形時雙層結合表面的(de)增加

  不銹鋼復合管(guan)雙層的(de)焊(han)合質量在很大程(cheng)(cheng)度上與變形時(shi)附著表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)增(zeng)(zeng)加有關。把(ba)表(biao)(biao)面(mian)(mian)增(zeng)(zeng)加程(cheng)(cheng)度定(ding)義為伸(shen)長率入(ru)變形后(hou)的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)與原(yuan)始表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)比(bi)值。因此，復合管(guan)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)增(zeng)(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)力加工方法生產不(bu)銹鋼復合(he)管(guan)時，由(you)于變形程度保證了(le)原(yuan)始的結(jie)合(he)表面積至少增加了(le)8倍(bei)，使得兩(liang)層不(bu)同材料(liao)能充分(fen)地焊(han)合(he)。

4. 不銹鋼復(fu)合管(guan)的內表面質量(liang)

當不銹耐(nai)酸鋼(gang)復合管與腐蝕介質接觸時，表(biao)面顯微不平(ping)度將(jiang)嚴重影(ying)響到其腐蝕速(su)度（表(biao)6-8)。

從表6-8可(ke)以(yi)看(kan)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(gong)條件下，復合管橫(heng)向(xiang)上的(de)表面(mian)顯微不平(ping)度比縱向(xiang)的(de)大(da)。

  c. 不銹(xiu)鋼(gang)復合管(guan)在(zai)皮(pi)爾格冷軋管(guan)機上冷軋后，可降低復合管(guan)的顯微不平度(du)(du)，同時也減小了粗糙度(du)(du)的離散程(cheng)度(du)(du)。

5. 不銹鋼復(fu)合管(guan)基體材料內碳的擴散

   不銹鋼復合管基體材料內碳的擴(kuo)散層深度見(jian)表6-9.

   從(cong)表6-9中(zhong)可以看出(chu)，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)的(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層深(shen)度，在擠壓(ya)和(he)(he)冷(leng)軋后(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼管(guan)(guan)(guan)在冷(leng)軋和(he)(he)930℃熱(re)處(chu)理(li)后(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)的(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層關系是類(lei)似的(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)經皮爾格軋管(guan)(guan)(guan)機冷(leng)軋＋兩次(ci)930℃熱(re)處(chu)理(li)后(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層變得特別深(shen)。如果不形(xing)成柱狀晶(jing)組織，則在結(jie)合(he)(he)(he)層表面(mian)附近(jin)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)區域的(de)寬度為(wei)0.4mm.由于基(ji)體材(cai)料(liao)中(zhong)形(xing)成的(de)碳(tan)化(hua)物，包括鉻和(he)(he)鉬的(de)碳(tan)化(hua)物，碳(tan)向(xiang)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)減少(shao)。0Cr17Ti+35鋼復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)含有(you)1%的(de)鈦，基(ji)體材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層非常明顯；在軋管(guan)(guan)(guan)機上(shang)冷(leng)軋和(he)(he)熱(re)處(chu)理(li)后(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層深(shen)度比同類(lei)的(de)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)(guan)(guan)的(de)要小。當在擠壓(ya)＋軋制或皮爾格軋管(guan)(guan)(guan)機上(shang)冷(leng)軋＋870℃下熱(re)處(chu)理(li)，則擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層的(de)寬度為(wei)0.30~0.38mm,同時在擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)方向(xiang)上(shang)形(xing)成了(le)定向(xiang)排列(lie)的(de)柱狀晶(jing)。

  含高(gao)(gao)鈦和鉻的復合(he)層材料(liao)熱處理時，由于合(he)金(jin)元素使(shi)活性降低(di)，從基(ji)體鋼(gang)中接收碳的傾向(xiang)較高(gao)(gao)。

6. 不銹鋼厚壁復合管的擠壓

 為(wei)了獲(huo)得小直徑(jing)的不(bu)銹鋼厚壁復(fu)合管(guan)（如(ru)內(nei)徑(jing)為(wei)10~15mm、壁厚為(wei)10mm),采用帶不(bu)固定芯棒的坯料擠壓工藝是較為(wei)理想的選擇。芯棒采用塑性的鋼質(zhi)芯桿。

  例如，采用1Mn18Cr12V 塑性(xing)芯棒，將φ145mm雙層(ceng)(ceng)金屬坯料經一次擠壓成ф26mm復(fu)合管，外層(ceng)(ceng)基體金屬為55CrNiMoV鋼，內部復(fu)合層(ceng)(ceng)金屬為1Cr24Al鋼。從擠壓后壓余的縱向(xiang)和徑(jing)向(xiang)截面可(ke)以看(kan)出，在(zai)變形時所有(you)三層(ceng)(ceng)材料的金屬流動是對稱的（圖6-13).

  采用熱(re)擠壓工藝生(sheng)(sheng)產不(bu)銹鋼復(fu)合管時(shi)，鋼質(zhi)芯(xin)棒也發生(sheng)(sheng)塑性變形(xing)，結合層表面增(zeng)加程度(du)與(yu)外(wai)表面增(zeng)加程度(du)幾乎相(xiang)等。