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(xiu)鋼復合(he)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、影響兩層不同材(cai)料結合(he)的因(yin)素(su)
在制造不(bu)(bu)銹鋼(gang)復合管時，影響(xiang)兩層不(bu)(bu)同材料結合的主要因素為：
1. 結(jie)合表面的精確裝配及其(qi)實際接觸面積的大(da)小
與結(jie)合(he)表面(mian)的(de)精確對正及(ji)其(qi)有效接(jie)觸(chu)面(mian)積的(de)大(da)小有關的(de)是表面(mian)能、表面(mian)氧化(hua)膜，結(jie)晶取向、缺(que)、、缺(que)陷（如位(wei)移、晶界、各(ge)相(xiang)的(de)相(xiang)對位(wei)置、顯微(wei)裂紋等）。物理化(hua)學研究(jiu)表明，幾何的(de)理想表面(mian)與物理真實的(de)兩層接(jie)觸(chu)表面(mian)大(da)小的(de)比值可取1:50~1:12。
2. 金屬的化學成分(fen)
鋼(gang)中(zhong)添加合金(jin)元素可降低接觸(chu)層的(de)焊合能力。
3. 表(biao)面(mian)層(ceng)和中間層(ceng)的(de)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(jie)合層表面的應力狀態
在(zai)變(bian)形過程中，兩(liang)層不(bu)同金屬(shu)(shu)的(de)接(jie)觸表面不(bu)僅(jin)明(ming)顯增大(da)，而且(qie)接(jie)觸表面上有(you)較高的(de)壓應力(li)，使(shi)結合(he)層的(de)焊合(he)質量(liang)得到提高。因此，在(zai)復合(he)管的(de)生產中，采用擠壓法(fa)和拉(la)拔(ba)法(fa)以及皮(pi)爾(er)格軋制法(fa)進(jin)行變(bian)形。由(you)于橫軋或螺旋軋制金屬(shu)(shu)在(zai)變(bian)形過程中存在(zai)切向拉(la)應力(li)，因此不(bu)能采用這(zhe)兩(liang)種方法(fa)。
5. 塑(su)性變(bian)形(xing)時的接觸表面和溫度
兩層不(bu)(bu)同(tong)材料結合表(biao)面的(de)(de)增大(da)(da)，對于(yu)在各層同(tong)時(shi)變(bian)形過(guo)程中的(de)(de)焊合具有決定性(xing)的(de)(de)作用(yong)。因為(wei)，其形成(cheng)的(de)(de)接(jie)觸表(biao)面具有很大(da)(da)的(de)(de)能量，而兩層不(bu)(bu)同(tong)金屬結合的(de)(de)最(zui)大(da)(da)強(qiang)度是(shi)在高(gao)溫變(bian)形時(shi)獲(huo)得(de)的(de)(de)。這是(shi)因為(wei)多數金屬在高(gao)溫變(bian)形的(de)(de)條(tiao)件下，塑性(xing)提(ti)高(gao)，且擴散也更(geng)迅速。
二、不銹鋼復合管坯料的制造方法
1. 不銹鋼(gang)復合管的生產方法
不(bu)銹鋼復合管的(de)生(sheng)產方(fang)法(fa)有多種，可(ke)以(yi)按雙層(ceng)坯料制造的(de)方(fang)法(fa)來區分(fen)，也可(ke)以(yi)按所采用的(de)變形方(fang)法(fa)來區分(fen)。
按照兩層不同(tong)材(cai)料的結(jie)合方法，可將復合管生(sheng)產分為兩類(lei)，即以(yi)雙(shuang)層鑄坯(pi)、離心澆鑄和爆(bao)炸(zha)成形等非(fei)變(bian)形方法和各種變(bian)形方法。
a. 非變形法獲得復合管
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(shuang)層金屬坯料也(ye)可用離心澆鑄(zhu)的方法獲得，然(ran)后經過擠(ji)壓或皮(pi)爾格軋制加工成雙(shuang)層金屬復合成品(pin)鋼管。
采用爆(bao)炸成型方(fang)法使兩層(ceng)不同金屬結(jie)合時，其結(jie)合不僅是(shi)(shi)爆(bao)炸波作用的結(jie)果，也是(shi)(shi)輻射加熱的結(jie)果。
b. 變形法獲得復合管(guan)
采(cai)用變形方(fang)法使(shi)兩層金屬(shu)結合的方(fang)法有：
①. 互相插入不同(tong)材料的空(kong)心管坯組合而成的擠壓(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(gong)藝試驗
為了簡化工藝(yi)、改善復合管質量，在立式(shi)(shi)穿孔(kong)機(ji)(ji)上通過(guo)(guo)熱穿孔(kong)獲得(de)雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)(shu)坯(pi)料(liao)，然(ran)后在臥式(shi)(shi)擠壓機(ji)(ji)上通過(guo)(guo)熱擠壓方法(fa)獲得(de)雙(shuang)(shuang)層金(jin)屬(shu)(shu)毛管，最(zui)后在皮爾格軋(ya)管機(ji)(ji)上通過(guo)(guo)冷軋(ya)得(de)到雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)(shu)復合成品鋼管的(de)工藝(yi)試驗。
將工頻感(gan)應(ying)加熱(re)爐加熱(re)的(de)(de)(de)(de)坯料(liao)送入(ru)立式穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒內(nei)，在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)(de)上面固定有(you)冷態的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)合金(jin)鋼厚壁(bi)管(guan)。在(zai)(zai)坯料(liao)進行穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)時(shi)，安置在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭上部的(de)(de)(de)(de)厚壁(bi)管(guan)坯裝入(ru)被穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭穿(chuan)(chuan)(chuan)出的(de)(de)(de)(de)內(nei)孔(kong)(kong)，形成雙金(jin)屬空心(xin)坯的(de)(de)(de)(de)內(nei)層(ceng)。在(zai)(zai)確(que)定被用(yong)來形成組合坯料(liao)內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚壁(bi)管(guan)坯長度(du)時(shi)，應(ying)考慮到穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程(cheng)中(zhong)空心(xin)坯料(liao)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)度(du)會有(you)所增(zeng)加（圖6-11),穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)成的(de)(de)(de)(de)雙層(ceng)金(jin)屬坯料(liao)再經工頻感(gan)應(ying)再加熱(re)爐再加熱(re)到擠壓溫度(du)并擠壓成雙金(jin)屬復合管(guan)。用(yong)該工藝獲得的(de)(de)(de)(de)雙金(jin)屬復合管(guan)坯，大大地減(jian)少了基(ji)層(ceng)和復合層(ceng)之間氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)形成，改善了兩層(ceng)不同金(jin)屬間的(de)(de)(de)(de)結(jie)合質量。
具有耐蝕鋼(gang)(gang)(gang)內層的(de)原始組合(he)(he)坯料和不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)的(de)材料及尺(chi)寸配合(he)(he)情況見表(biao)6-7。通過擠壓可(ke)獲(huo)得規(gui)格為(wei)(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)在皮爾格軋(ya)機(ji)上可(ke)冷(leng)軋(ya)出規(gui)格為(wei)(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)加(jia)熱后進入13機(ji)架（微）張力定（減）徑機(ji)，減徑成(cheng)規(gui)格為(wei)(wei)Φ45mm×3.5mm的(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)。
擠壓不銹(xiu)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(bu)銹鋼(gang)復合管變形(xing)時雙層結合表面(mian)的增加
不銹(xiu)鋼復(fu)合管雙(shuang)層(ceng)的焊合質(zhi)量在很大程(cheng)度上與變形時附著表(biao)面(mian)(mian)的增(zeng)加(jia)(jia)有(you)關(guan)。把表(biao)面(mian)(mian)增(zeng)加(jia)(jia)程(cheng)度定義(yi)為伸長率(lv)入變形后的表(biao)面(mian)(mian)與原始表(biao)面(mian)(mian)的比值。因此，復(fu)合管外表(biao)面(mian)(mian)增(zeng)加(jia)(jia)程(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Ax=120或Ax=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(zheng)明，在(zai)采用(yong)壓(ya)力加工方(fang)法生產不銹鋼復合(he)管時，由于變形(xing)程度保證(zheng)了(le)原始的(de)結合(he)表面(mian)積至少增加了(le)8倍(bei)，使得兩層(ceng)不同(tong)材料能充分地焊合(he)。
4. 不銹鋼復合管的(de)內表面質量
當不銹耐酸(suan)鋼復合管與腐蝕介質接觸時，表面顯微(wei)不平度將嚴重影(ying)響(xiang)到其(qi)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)相同的加(jia)工(gong)條件下，復(fu)合管(guan)橫(heng)向上的表(biao)面顯微不平度比縱向的大(da)。
c. 不銹鋼復合管(guan)在皮爾格冷(leng)(leng)軋(ya)管(guan)機(ji)上(shang)冷(leng)(leng)軋(ya)后，可降低(di)復合管(guan)的顯微不平(ping)度，同時也減小了(le)粗糙度的離散程(cheng)度。
5. 不銹(xiu)鋼(gang)復合管基體材(cai)料內(nei)碳的擴(kuo)散
不銹鋼復合管基體材料內碳的擴(kuo)散層深度(du)見表6-9.
從表6-9中(zhong)(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復(fu)合管中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)深(shen)(shen)度，在(zai)擠(ji)壓和(he)冷(leng)軋(ya)(ya)后(hou)(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼管在(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)930℃熱處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)值增大(da)到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復(fu)合管中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)關系(xi)是類似的(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合管經皮爾格軋(ya)(ya)管機(ji)冷(leng)軋(ya)(ya)＋兩次930℃熱處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)變得特別深(shen)(shen)。如(ru)果(guo)不形(xing)成(cheng)柱(zhu)狀晶組織，則(ze)在(zai)結合層(ceng)(ceng)(ceng)表面附近擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)區域的(de)寬(kuan)度為(wei)0.4mm.由于基體(ti)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)碳(tan)(tan)化物(wu)，包括鉻和(he)鉬的(de)碳(tan)(tan)化物(wu)，碳(tan)(tan)向(xiang)(xiang)復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)減(jian)少(shao)。0Cr17Ti+35鋼復(fu)合管含有1%的(de)鈦，基體(ti)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)非(fei)常明顯；在(zai)軋(ya)(ya)管機(ji)上冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)熱處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)深(shen)(shen)度比同類的(de)復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)0Cr17NiTi管的(de)要(yao)小。當在(zai)擠(ji)壓＋軋(ya)(ya)制(zhi)或皮爾格軋(ya)(ya)管機(ji)上冷(leng)軋(ya)(ya)＋870℃下熱處(chu)理(li)(li)，則(ze)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)寬(kuan)度為(wei)0.30~0.38mm,同時在(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)方向(xiang)(xiang)上形(xing)成(cheng)了定向(xiang)(xiang)排列的(de)柱(zhu)狀晶。
含高鈦和鉻的復(fu)合層材料熱處理時，由于合金元素使活(huo)性降(jiang)低，從(cong)基體鋼中(zhong)接收碳(tan)的傾(qing)向較高。
6. 不銹(xiu)鋼厚壁復合管的(de)擠壓
為(wei)(wei)了獲得小直徑(jing)的(de)不(bu)銹鋼厚(hou)(hou)壁(bi)復(fu)合管(guan)（如內(nei)徑(jing)為(wei)(wei)10~15mm、壁(bi)厚(hou)(hou)為(wei)(wei)10mm),采用帶(dai)不(bu)固(gu)定芯棒的(de)坯料擠壓工(gong)藝是(shi)較(jiao)為(wei)(wei)理想的(de)選擇。芯棒采用塑(su)性的(de)鋼質芯桿。
例如，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層金(jin)(jin)屬坯(pi)料經一(yi)次擠壓(ya)成ф26mm復合(he)管，外層基體金(jin)(jin)屬為(wei)55CrNiMoV鋼(gang)，內部(bu)復合(he)層金(jin)(jin)屬為(wei)1Cr24Al鋼(gang)。從擠壓(ya)后壓(ya)余的縱向和徑向截(jie)面可(ke)以(yi)看出(chu)，在變形(xing)時所有(you)三(san)層材料的金(jin)(jin)屬流(liu)動是對稱的（圖6-13).
采用熱擠(ji)壓工藝(yi)生產不銹鋼(gang)(gang)復合(he)(he)管(guan)時，鋼(gang)(gang)質芯棒也發生塑性變形，結合(he)(he)層表面(mian)增(zeng)加程(cheng)度(du)與外(wai)表面(mian)增(zeng)加程(cheng)度(du)幾(ji)乎相等。
