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(fu)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、影響兩層不同材料結(jie)合的因(yin)素

 在制造不銹鋼(gang)復合(he)管時，影響兩層(ceng)不同材料結合(he)的主要因素為：

  1. 結合表面(mian)(mian)的精(jing)確裝配及其實際接觸面(mian)(mian)積的大小

    與結合表面的精確對(dui)正及其(qi)有(you)效接(jie)觸面積的大小(xiao)有(you)關的是(shi)表面能(neng)、表面氧化膜，結晶取向、缺、、缺陷（如(ru)位移、晶界、各相的相對(dui)位置、顯微(wei)裂紋等）。物理化學(xue)研究表明，幾何的理想表面與物理真實的兩層接(jie)觸表面大小(xiao)的比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的化學成分

   鋼中添加合金元(yuan)素可(ke)降低接觸層的(de)焊合能力。

  3. 表(biao)面(mian)層和(he)中間層的表(biao)面(mian)質(zhi)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(tai)

   在(zai)(zai)變形(xing)過程中(zhong)，兩層不同金屬(shu)的接觸表面(mian)不僅明顯(xian)增大(da)，而且(qie)接觸表面(mian)上有較(jiao)高(gao)的壓(ya)應力，使結合(he)(he)層的焊(han)合(he)(he)質量得到提(ti)高(gao)。因(yin)此，在(zai)(zai)復合(he)(he)管的生產中(zhong)，采用(yong)擠(ji)壓(ya)法(fa)和拉拔法(fa)以及皮爾(er)格軋(ya)制(zhi)法(fa)進行變形(xing)。由(you)于橫(heng)軋(ya)或螺旋軋(ya)制(zhi)金屬(shu)在(zai)(zai)變形(xing)過程中(zhong)存在(zai)(zai)切向拉應力，因(yin)此不能(neng)采用(yong)這(zhe)兩種方法(fa)。

  5. 塑性(xing)變(bian)形時的接觸表(biao)面(mian)和溫度

   兩(liang)層不同(tong)(tong)材料結合表面的(de)增大，對于在各層同(tong)(tong)時變形過程中的(de)焊合具(ju)有決(jue)定性的(de)作(zuo)用。因(yin)為(wei)，其形成的(de)接觸表面具(ju)有很(hen)大的(de)能量，而兩(liang)層不同(tong)(tong)金屬(shu)結合的(de)最大強度是(shi)在高溫(wen)變形時獲(huo)得的(de)。這是(shi)因(yin)為(wei)多(duo)數金屬(shu)在高溫(wen)變形的(de)條(tiao)件下，塑(su)性提高，且擴散也更迅速。

二、不銹鋼復(fu)合管坯料的制造方法

1. 不銹鋼復合管的生產方法

  不銹鋼(gang)復合管的生產方(fang)(fang)法(fa)(fa)有多種(zhong)，可(ke)以(yi)(yi)按(an)雙層坯料制(zhi)造的方(fang)(fang)法(fa)(fa)來區(qu)分，也可(ke)以(yi)(yi)按(an)所(suo)采(cai)用的變形方(fang)(fang)法(fa)(fa)來區(qu)分。

  按照(zhao)兩層不同材料的結合(he)方法(fa)，可將復合(he)管生產分為兩類，即(ji)以雙(shuang)層鑄坯、離心澆(jiao)鑄和(he)爆炸成形(xing)等非(fei)變(bian)形(xing)方法(fa)和(he)各(ge)種變(bian)形(xing)方法(fa)。

   a. 非變(bian)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。

  雙層金屬坯料也可用離心(xin)澆(jiao)鑄的方法(fa)獲得，然后經過擠壓(ya)或皮爾格軋制加(jia)工成雙層金屬復(fu)合成品(pin)鋼(gang)管(guan)。

  采(cai)用(yong)爆炸成型方法使兩層不同金屬結合時，其結合不僅是爆炸波作用(yong)的結果，也是輻射加(jia)熱的結果。

 b. 變形法獲得(de)復合管

  采用變形方法(fa)使兩層金屬結合的(de)方法(fa)有(you)：

  ①. 互相(xiang)插入不同材料的(de)空心管坯組合而成的(de)擠壓(ya)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(he)管的熱擠壓工藝試(shi)驗

  為(wei)了(le)簡(jian)化工(gong)藝、改(gai)善復合(he)管質量，在(zai)立式穿(chuan)孔(kong)機(ji)(ji)上通過熱(re)穿(chuan)孔(kong)獲(huo)得(de)雙金(jin)屬(shu)坯料，然后在(zai)臥式擠(ji)壓機(ji)(ji)上通過熱(re)擠(ji)壓方法獲(huo)得(de)雙層金(jin)屬(shu)毛管，最后在(zai)皮爾格軋(ya)管機(ji)(ji)上通過冷軋(ya)得(de)到雙金(jin)屬(shu)復合(he)成品鋼(gang)管的工(gong)藝試驗(yan)。

  將工頻感應(ying)加熱(re)(re)爐加熱(re)(re)的(de)(de)坯料(liao)(liao)送入(ru)(ru)立式(shi)穿孔(kong)(kong)機的(de)(de)穿孔(kong)(kong)筒(tong)內，在(zai)(zai)穿孔(kong)(kong)頭的(de)(de)上(shang)面固(gu)定(ding)有(you)(you)冷態的(de)(de)高合金(jin)鋼厚壁管(guan)(guan)。在(zai)(zai)坯料(liao)(liao)進(jin)行(xing)穿孔(kong)(kong)時(shi)，安置在(zai)(zai)穿孔(kong)(kong)頭上(shang)部的(de)(de)厚壁管(guan)(guan)坯裝入(ru)(ru)被穿孔(kong)(kong)頭穿出的(de)(de)內孔(kong)(kong)，形(xing)成(cheng)雙金(jin)屬(shu)空(kong)心坯的(de)(de)內層。在(zai)(zai)確定(ding)被用來(lai)形(xing)成(cheng)組合坯料(liao)(liao)內層的(de)(de)厚壁管(guan)(guan)坯長度(du)時(shi)，應(ying)考慮到穿孔(kong)(kong)過(guo)程(cheng)中空(kong)心坯料(liao)(liao)的(de)(de)高度(du)會有(you)(you)所增加（圖(tu)6-11),穿孔(kong)(kong)成(cheng)的(de)(de)雙層金(jin)屬(shu)坯料(liao)(liao)再經工頻感應(ying)再加熱(re)(re)爐再加熱(re)(re)到擠壓溫度(du)并擠壓成(cheng)雙金(jin)屬(shu)復合管(guan)(guan)。用該工藝獲得(de)的(de)(de)雙金(jin)屬(shu)復合管(guan)(guan)坯，大大地減少了基(ji)層和復合層之間氧(yang)化膜的(de)(de)形(xing)成(cheng)，改善了兩層不同金(jin)屬(shu)間的(de)(de)結(jie)合質(zhi)量(liang)。

  具有耐蝕(shi)鋼(gang)內(nei)層的(de)原始組合(he)坯料和不(bu)銹鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)的(de)材料及尺寸配合(he)情況見表6-7。通(tong)過擠(ji)壓可獲(huo)得(de)規(gui)格為φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)管(guan)(guan)在皮(pi)爾格軋機(ji)上可冷軋出規(gui)格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不(bu)銹鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)鋼(gang)管(guan)(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)管(guan)(guan)加熱后(hou)進入(ru)13機(ji)架(jia)（微）張力定(ding)（減）徑機(ji)，減徑成(cheng)規(gui)格為Φ45mm×3.5mm的(de)不(bu)銹鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)鋼(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. 不銹鋼(gang)復合管變形時(shi)雙層結合表面的增(zeng)加

  不(bu)銹鋼(gang)復合管(guan)雙層的焊合質量在很(hen)大程(cheng)(cheng)度(du)(du)上(shang)與變形時(shi)附著表面(mian)的增加(jia)(jia)有關。把表面(mian)增加(jia)(jia)程(cheng)(cheng)度(du)(du)定(ding)義為(wei)伸長(chang)率入變形后的表面(mian)與原始(shi)表面(mian)的比值。因此，復合管(guan)外表面(mian)增加(jia)(jia)程(cheng)(cheng)度(du)(du)為(wei)：

  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(jian)證(zheng)明，在采用壓力加工方法生產不(bu)銹鋼復合(he)管時，由于變形程度保證(zheng)了(le)原始(shi)的結合(he)表面積至少增加了(le)8倍，使得兩層不(bu)同(tong)材料(liao)能充分地(di)焊合(he)。

4. 不銹鋼復合管的內表面(mian)質量

當不(bu)銹(xiu)耐酸(suan)鋼復合管與腐蝕介質接觸時，表面顯微不(bu)平(ping)度(du)(du)將嚴重影響到其腐蝕速(su)度(du)(du)（表6-8)。

從(cong)表6-8可以(yi)看(kan)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. 在相同的(de)加工條件下，復(fu)合管橫向上(shang)的(de)表面顯(xian)微(wei)不平度比縱向的(de)大。

  c. 不銹鋼復合管(guan)在皮(pi)爾格冷(leng)軋管(guan)機上冷(leng)軋后，可(ke)降低復合管(guan)的顯微不平度(du)，同(tong)時也減小了粗糙度(du)的離散(san)程度(du)。

5. 不銹鋼(gang)復合管基體材料內碳的擴(kuo)散

   不銹鋼復合管基體材(cai)料內碳的擴散層(ceng)深度(du)見表6-9.

   從表6-9中可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)(fu)合(he)管(guan)中碳(tan)的(de)(de)(de)(de)擴散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)深度(du)，在擠壓(ya)和(he)(he)冷軋(ya)(ya)(ya)后(hou)為0.07~0.10mm,鋼管(guan)在冷軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)930℃熱(re)處(chu)(chu)理后(hou)，擴散(san)(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)(fu)合(he)管(guan)中碳(tan)的(de)(de)(de)(de)擴散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)關系是類似的(de)(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合(he)管(guan)經皮(pi)爾格(ge)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)冷軋(ya)(ya)(ya)＋兩次930℃熱(re)處(chu)(chu)理后(hou)，擴散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)變得(de)特別(bie)深。如果不形成(cheng)柱(zhu)狀晶(jing)組織，則在結合(he)層(ceng)(ceng)表面(mian)附(fu)近擴散(san)(san)(san)區域(yu)的(de)(de)(de)(de)寬度(du)為0.4mm.由于基體材(cai)料中形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物，包(bao)括鉻和(he)(he)鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)化物，碳(tan)向復(fu)(fu)合(he)材(cai)料中的(de)(de)(de)(de)擴散(san)(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼復(fu)(fu)合(he)管(guan)含有1%的(de)(de)(de)(de)鈦，基體材(cai)料中的(de)(de)(de)(de)擴散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)非常明顯(xian)；在軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)上冷軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)熱(re)處(chu)(chu)理后(hou)，擴散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)深度(du)比同(tong)類的(de)(de)(de)(de)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)(de)(de)要小。當在擠壓(ya)＋軋(ya)(ya)(ya)制或皮(pi)爾格(ge)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)機(ji)上冷軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱(re)處(chu)(chu)理，則擴散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)寬度(du)為0.30~0.38mm,同(tong)時(shi)在擴散(san)(san)(san)方向上形成(cheng)了定向排(pai)列(lie)的(de)(de)(de)(de)柱(zhu)狀晶(jing)。

  含高鈦和鉻的(de)復合層材(cai)料熱(re)處(chu)理(li)時(shi)，由于合金元(yuan)素使(shi)活性降低，從基(ji)體鋼(gang)中接(jie)收碳的(de)傾向(xiang)較(jiao)高。

6. 不銹(xiu)鋼厚壁復合管的擠壓

 為(wei)(wei)了獲得小直徑的(de)不銹(xiu)鋼厚(hou)壁復(fu)合管(guan)（如內(nei)徑為(wei)(wei)10~15mm、壁厚(hou)為(wei)(wei)10mm),采用帶不固定芯棒的(de)坯料擠壓工藝是(shi)較為(wei)(wei)理(li)想的(de)選擇(ze)。芯棒采用塑性(xing)的(de)鋼質芯桿。

  例如，采用1Mn18Cr12V 塑性芯(xin)棒，將(jiang)φ145mm雙(shuang)層(ceng)金屬坯料(liao)經一次擠壓成ф26mm復合(he)管(guan)，外層(ceng)基(ji)體金屬為55CrNiMoV鋼，內部復合(he)層(ceng)金屬為1Cr24Al鋼。從擠壓后壓余(yu)的(de)縱向(xiang)和徑向(xiang)截面可以看出，在(zai)變形時所有三層(ceng)材(cai)料(liao)的(de)金屬流動是對稱的(de)（圖6-13).

  采用熱(re)擠壓(ya)工(gong)藝(yi)生(sheng)產不銹鋼(gang)復合管時，鋼(gang)質(zhi)芯棒也發(fa)生(sheng)塑(su)性(xing)變形，結合層表(biao)面增加程(cheng)度與外表(biao)面增加程(cheng)度幾乎相等。