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(he)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合(he)的因(yin)素

 在制(zhi)造不銹(xiu)鋼復合管時，影響(xiang)兩層(ceng)不同材料結合的主要因素為：

  1. 結合表面的精確裝配及其實際接觸面積的大小

    與結合表(biao)(biao)(biao)面的(de)精確對正及其有效接觸面積的(de)大小有關的(de)是(shi)表(biao)(biao)(biao)面能、表(biao)(biao)(biao)面氧化(hua)膜(mo)，結晶(jing)取(qu)向、缺(que)、、缺(que)陷（如位移、晶(jing)界、各相的(de)相對位置、顯微裂(lie)紋等）。物理(li)化(hua)學(xue)研究表(biao)(biao)(biao)明，幾(ji)何的(de)理(li)想(xiang)表(biao)(biao)(biao)面與物理(li)真(zhen)實的(de)兩層(ceng)接觸表(biao)(biao)(biao)面大小的(de)比(bi)值可取(qu)1:50~1:12。

  2. 金屬的化學成分

   鋼中添加合金元素(su)可降低(di)接(jie)觸(chu)層的(de)焊合能力(li)。

  3. 表(biao)(biao)面(mian)層和中(zhong)間層的表(biao)(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(jie)合層表面的應(ying)力(li)狀(zhuang)態

   在(zai)變形(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，兩層不同金屬(shu)的接觸(chu)表(biao)面不僅明顯增(zeng)大，而且接觸(chu)表(biao)面上有較(jiao)高(gao)的壓(ya)應力(li)，使結合(he)層的焊合(he)質(zhi)量得到(dao)提高(gao)。因(yin)此，在(zai)復合(he)管的生產中(zhong)(zhong)，采用擠(ji)壓(ya)法(fa)和拉拔法(fa)以及(ji)皮爾格軋(ya)制法(fa)進行(xing)變形(xing)。由于橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制金屬(shu)在(zai)變形(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)存在(zai)切向拉應力(li)，因(yin)此不能采用這(zhe)兩種方(fang)法(fa)。

  5. 塑性變(bian)形時(shi)的(de)接觸表面和溫度

   兩層不(bu)同(tong)材料結合表面的(de)增大，對于在各層同(tong)時(shi)變(bian)形(xing)過程中(zhong)的(de)焊合具(ju)有決定性的(de)作用。因為，其(qi)形(xing)成的(de)接觸表面具(ju)有很大的(de)能量，而兩層不(bu)同(tong)金(jin)(jin)屬結合的(de)最大強度是在高溫(wen)變(bian)形(xing)時(shi)獲得的(de)。這是因為多(duo)數金(jin)(jin)屬在高溫(wen)變(bian)形(xing)的(de)條件下，塑性提高，且擴(kuo)散也更(geng)迅速。

二、不銹鋼復(fu)合(he)管坯料的制造方法

1. 不銹鋼復合管的生(sheng)產方法

  不(bu)銹鋼復合管(guan)的生(sheng)產方法(fa)有多種，可以(yi)按(an)雙層坯料制造的方法(fa)來區(qu)分，也可以(yi)按(an)所采用(yong)的變形方法(fa)來區(qu)分。

  按照兩(liang)層(ceng)不同材料的結(jie)合(he)方法，可將復合(he)管生(sheng)產分為兩(liang)類，即以(yi)雙(shuang)層(ceng)鑄坯、離心澆鑄和爆炸成形(xing)等(deng)非變形(xing)方法和各種變形(xing)方法。

   a. 非變形法獲得復(fu)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(li)心澆鑄的方(fang)法獲(huo)得，然后經過擠壓或皮爾(er)格軋制(zhi)加工成雙層金屬復合成品鋼管。

  采(cai)用爆炸成型方法使(shi)兩層不(bu)同金(jin)屬結合(he)時，其結合(he)不(bu)僅(jin)是(shi)爆炸波作(zuo)用的(de)結果(guo)，也是(shi)輻射(she)加(jia)熱的(de)結果(guo)。

 b. 變形法獲得復合管(guan)

  采用變形(xing)方法(fa)使兩層金(jin)屬結(jie)合的方法(fa)有：

  ①. 互相插入(ru)不同材料的空心管(guan)坯(pi)組合而成(cheng)的擠壓坯(pi)料（圖(tu)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. 不銹鋼復合管的熱擠(ji)壓(ya)工藝試驗

  為了簡化工(gong)藝、改(gai)善復合管(guan)質量，在(zai)立(li)式(shi)(shi)穿孔機(ji)上(shang)(shang)通過(guo)熱穿孔獲得(de)(de)雙(shuang)金屬坯料，然后在(zai)臥式(shi)(shi)擠壓機(ji)上(shang)(shang)通過(guo)熱擠壓方法獲得(de)(de)雙(shuang)層金屬毛管(guan)，最后在(zai)皮爾格軋管(guan)機(ji)上(shang)(shang)通過(guo)冷(leng)軋得(de)(de)到(dao)雙(shuang)金屬復合成品鋼管(guan)的工(gong)藝試驗(yan)。

  將工(gong)(gong)(gong)頻感應加(jia)熱(re)爐(lu)加(jia)熱(re)的(de)坯料(liao)送入立式穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)的(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內，在(zai)(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)上面固定有冷態(tai)的(de)高合(he)(he)金(jin)鋼(gang)厚(hou)(hou)壁(bi)管(guan)(guan)。在(zai)(zai)(zai)坯料(liao)進行穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，安置在(zai)(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)上部的(de)厚(hou)(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯裝入被(bei)(bei)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)穿(chuan)出(chu)的(de)內孔(kong)(kong)(kong)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)空心(xin)坯的(de)內層(ceng)。在(zai)(zai)(zai)確(que)定被(bei)(bei)用來形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)組(zu)合(he)(he)坯料(liao)內層(ceng)的(de)厚(hou)(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯長度(du)時，應考慮到穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中空心(xin)坯料(liao)的(de)高度(du)會有所(suo)增(zeng)加(jia)（圖(tu)6-11),穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)成(cheng)(cheng)的(de)雙(shuang)層(ceng)金(jin)屬(shu)坯料(liao)再(zai)經(jing)工(gong)(gong)(gong)頻感應再(zai)加(jia)熱(re)爐(lu)再(zai)加(jia)熱(re)到擠(ji)壓溫度(du)并擠(ji)壓成(cheng)(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)。用該(gai)工(gong)(gong)(gong)藝獲得的(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)坯，大(da)大(da)地減少了(le)基層(ceng)和復(fu)合(he)(he)層(ceng)之間(jian)氧化(hua)膜(mo)的(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)，改善了(le)兩層(ceng)不(bu)同金(jin)屬(shu)間(jian)的(de)結合(he)(he)質量。

  具有耐(nai)蝕鋼(gang)內層的原(yuan)始組(zu)合(he)(he)坯料和不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)的材料及尺寸配合(he)(he)情況(kuang)見表(biao)6-7。通(tong)過擠壓(ya)可獲(huo)得規(gui)格(ge)為(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)。其(qi)中，φ95mm×7mm 鋼(gang)管(guan)在(zai)皮爾格(ge)軋機(ji)(ji)(ji)上可冷(leng)軋出規(gui)格(ge)為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)鋼(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)管(guan)加熱(re)后進(jin)入13機(ji)(ji)(ji)架(jia)（微）張(zhang)力定（減）徑機(ji)(ji)(ji)，減徑成(cheng)規(gui)格(ge)為(wei)Φ45mm×3.5mm的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)鋼(gang)管(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. 不銹鋼復合管變(bian)形時雙層結(jie)合表面的增加(jia)

  不銹鋼復合(he)管雙(shuang)層的焊合(he)質量在很大程(cheng)度(du)上與變形時附(fu)著表(biao)(biao)面的增加(jia)有關。把表(biao)(biao)面增加(jia)程(cheng)度(du)定(ding)義為伸長(chang)率入變形后的表(biao)(biao)面與原始表(biao)(biao)面的比值。因(yin)此(ci)，復合(he)管外(wai)表(biao)(biao)面增加(jia)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(gong)方(fang)法生產不銹鋼復合(he)(he)(he)管時(shi)，由于變形程度保證了(le)原始的結合(he)(he)(he)表(biao)面積至(zhi)少(shao)增加(jia)了(le)8倍，使(shi)得兩層不同(tong)材料能充分地焊合(he)(he)(he)。

4. 不銹鋼復(fu)合管的內(nei)表(biao)面質量(liang)

當(dang)不(bu)銹耐(nai)酸鋼復合(he)管與腐蝕(shi)介質接觸時(shi)，表(biao)面顯(xian)微不(bu)平度(du)將嚴重影響到(dao)其腐蝕(shi)速度(du)（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. 在相同的加工條件下(xia)，復合(he)管橫向上的表(biao)面(mian)顯(xian)微不平度比縱向的大。

  c. 不(bu)(bu)銹鋼(gang)復合(he)管在皮爾格冷軋(ya)管機上冷軋(ya)后，可降(jiang)低復合(he)管的(de)顯微不(bu)(bu)平度，同時也減(jian)小了(le)粗糙度的(de)離散程度。

5. 不銹(xiu)鋼復合管基體材料內碳的擴散

   不銹鋼復合(he)管基(ji)體材料內碳(tan)的擴散層(ceng)深(shen)度(du)見表6-9.

   從表6-9中(zhong)(zhong)可以看出(chu)，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)深度(du)，在(zai)(zai)(zai)擠壓和(he)(he)冷軋(ya)(ya)(ya)后(hou)(hou)為0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)(guan)在(zai)(zai)(zai)冷軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)930℃熱處理后(hou)(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)關系是(shi)類似(si)的(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)經皮(pi)爾格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機冷軋(ya)(ya)(ya)＋兩次(ci)930℃熱處理后(hou)(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)變得(de)特別深。如果不形(xing)成柱狀(zhuang)晶(jing)組織(zhi)，則在(zai)(zai)(zai)結合(he)層(ceng)表面附近擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)為0.4mm.由(you)于基(ji)體材料中(zhong)(zhong)形(xing)成的(de)(de)(de)碳化物(wu)，包括鉻和(he)(he)鉬的(de)(de)(de)碳化物(wu)，碳向(xiang)復(fu)(fu)合(he)材料中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)含有(you)1%的(de)(de)(de)鈦，基(ji)體材料中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)非常明顯；在(zai)(zai)(zai)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機上冷軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)熱處理后(hou)(hou)，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)深度(du)比同(tong)類的(de)(de)(de)復(fu)(fu)合(he)材料0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)(de)(de)要小。當(dang)在(zai)(zai)(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)或皮(pi)爾格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機上冷軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱處理，則擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)的(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)為0.30~0.38mm,同(tong)時在(zai)(zai)(zai)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)方向(xiang)上形(xing)成了定向(xiang)排(pai)列的(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)。

  含高鈦和鉻的復合(he)(he)層材(cai)料(liao)熱處理時，由于合(he)(he)金元素使活(huo)性降(jiang)低，從基體鋼中接收碳的傾向較(jiao)高。

6. 不銹鋼厚壁復合管的(de)擠壓

 為(wei)(wei)(wei)了(le)獲(huo)得小直徑的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)厚壁復合(he)管（如內徑為(wei)(wei)(wei)10~15mm、壁厚為(wei)(wei)(wei)10mm),采用(yong)帶(dai)不(bu)固定芯棒的坯料擠壓工(gong)藝(yi)是較為(wei)(wei)(wei)理想的選擇(ze)。芯棒采用(yong)塑性的鋼(gang)質(zhi)芯桿。

  例如，采(cai)用(yong)1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將φ145mm雙層(ceng)金(jin)屬(shu)坯料經(jing)一次(ci)擠(ji)壓成ф26mm復合(he)管，外層(ceng)基體金(jin)屬(shu)為(wei)55CrNiMoV鋼(gang)，內(nei)部復合(he)層(ceng)金(jin)屬(shu)為(wei)1Cr24Al鋼(gang)。從擠(ji)壓后(hou)壓余的(de)縱向(xiang)和徑向(xiang)截面可(ke)以看出，在變形時所有三(san)層(ceng)材(cai)料的(de)金(jin)屬(shu)流動是對稱(cheng)的(de)（圖6-13).

  采用熱擠壓工藝生產(chan)不銹鋼(gang)復合管(guan)時，鋼(gang)質芯棒也(ye)發(fa)生塑性變形，結合層表面(mian)增加程度(du)與(yu)外表面(mian)增加程度(du)幾乎相(xiang)等。