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、影響兩層不同材料結合的因素

 在制造(zao)不銹(xiu)鋼復(fu)合管時，影響兩層(ceng)不同材(cai)料結(jie)合的主要(yao)因素(su)為：

  1. 結合表面的精確裝(zhuang)配(pei)及(ji)其實際(ji)接觸面積(ji)的大小(xiao)

    與結(jie)合表面(mian)的(de)精確(que)對(dui)正及其(qi)有效接(jie)觸面(mian)積的(de)大(da)小有關(guan)的(de)是表面(mian)能、表面(mian)氧化(hua)(hua)膜，結(jie)晶(jing)取向、缺、、缺陷（如位移、晶(jing)界、各相的(de)相對(dui)位置、顯微裂(lie)紋等）。物(wu)理化(hua)(hua)學研究表明(ming)，幾何的(de)理想表面(mian)與物(wu)理真實的(de)兩層接(jie)觸表面(mian)大(da)小的(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的化學(xue)成分

   鋼(gang)中添加(jia)合(he)金元素可降低接觸層的焊合(he)能力。

  3. 表面層和中間層的表面質量

   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(mian)的應(ying)力狀(zhuang)態

   在變形(xing)過程中(zhong)，兩(liang)(liang)層(ceng)不同金(jin)屬(shu)的(de)接(jie)觸表面(mian)不僅明顯增大，而且接(jie)觸表面(mian)上(shang)有較高的(de)壓應(ying)力，使(shi)結合(he)(he)層(ceng)的(de)焊合(he)(he)質量得到提高。因此，在復(fu)合(he)(he)管的(de)生產中(zhong)，采(cai)用(yong)擠壓法(fa)和拉拔(ba)法(fa)以及皮爾格軋(ya)(ya)制法(fa)進行(xing)變形(xing)。由于橫軋(ya)(ya)或(huo)螺(luo)旋軋(ya)(ya)制金(jin)屬(shu)在變形(xing)過程中(zhong)存(cun)在切向拉應(ying)力，因此不能(neng)采(cai)用(yong)這兩(liang)(liang)種方(fang)法(fa)。

  5. 塑性變(bian)形時的接(jie)觸表面和溫度(du)

   兩層(ceng)不同(tong)材料結合(he)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)增大(da)，對于在各層(ceng)同(tong)時(shi)變(bian)形過(guo)程中的(de)(de)(de)焊(han)合(he)具有決定性(xing)(xing)的(de)(de)(de)作用。因為，其形成的(de)(de)(de)接觸表(biao)面(mian)具有很(hen)大(da)的(de)(de)(de)能(neng)量，而兩層(ceng)不同(tong)金屬結合(he)的(de)(de)(de)最大(da)強(qiang)度是(shi)在高(gao)溫變(bian)形時(shi)獲得的(de)(de)(de)。這是(shi)因為多數(shu)金屬在高(gao)溫變(bian)形的(de)(de)(de)條件下，塑性(xing)(xing)提高(gao)，且擴(kuo)散也更迅(xun)速。

二(er)、不銹鋼復合(he)管坯料(liao)的(de)制造方法

1. 不(bu)銹鋼復合管的生產方法

  不(bu)銹(xiu)鋼復(fu)合管的生(sheng)產方法(fa)有多種(zhong)，可以(yi)按(an)雙層坯料制造的方法(fa)來區分(fen)，也可以(yi)按(an)所采用的變形(xing)方法(fa)來區分(fen)。

  按照兩(liang)層不同(tong)材料的結合方法，可將復合管生產分(fen)為兩(liang)類，即以雙層鑄坯(pi)、離心(xin)澆鑄和爆(bao)炸成形(xing)(xing)等(deng)非變(bian)形(xing)(xing)方法和各種變(bian)形(xing)(xing)方法。

   a. 非變形法(fa)獲得復合管(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(shuang)層金屬坯料也可用離心澆鑄的(de)方(fang)法獲(huo)得，然后(hou)經(jing)過(guo)擠壓或(huo)皮爾格軋(ya)制加工成(cheng)雙(shuang)層金屬復(fu)合成(cheng)品鋼(gang)管。

  采用(yong)爆炸成型方法使兩層不同金(jin)屬結合(he)時，其結合(he)不僅是爆炸波作用(yong)的結果(guo)，也(ye)是輻射加熱的結果(guo)。

 b. 變形法(fa)獲得(de)復(fu)合管

  采用變形方法(fa)使兩(liang)層金(jin)屬結合的方法(fa)有：

  ①. 互相插入(ru)不同材料的空心管坯組合而(er)成(cheng)的擠(ji)壓(ya)坯料（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(re)擠壓工(gong)藝(yi)試驗

  為了簡化工藝、改(gai)善復合管質(zhi)量，在(zai)立式穿(chuan)孔(kong)機上通(tong)過(guo)熱穿(chuan)孔(kong)獲(huo)得雙金(jin)屬坯(pi)料，然后在(zai)臥式擠(ji)壓(ya)機上通(tong)過(guo)熱擠(ji)壓(ya)方法(fa)獲(huo)得雙層金(jin)屬毛管，最后在(zai)皮爾格軋管機上通(tong)過(guo)冷軋得到雙金(jin)屬復合成品鋼管的工藝試驗。

  將工頻感(gan)應(ying)加熱(re)爐加熱(re)的(de)(de)(de)(de)坯(pi)料(liao)送入立式穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)內(nei)，在(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)上面(mian)固定有(you)冷(leng)態(tai)的(de)(de)(de)(de)高(gao)合(he)金鋼(gang)厚壁管(guan)。在(zai)坯(pi)料(liao)進行穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，安置(zhi)在(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)上部的(de)(de)(de)(de)厚壁管(guan)坯(pi)裝入被(bei)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)穿(chuan)出的(de)(de)(de)(de)內(nei)孔(kong)(kong)(kong)，形成(cheng)(cheng)雙金屬(shu)(shu)空心坯(pi)的(de)(de)(de)(de)內(nei)層(ceng)。在(zai)確(que)定被(bei)用來形成(cheng)(cheng)組合(he)坯(pi)料(liao)內(nei)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚壁管(guan)坯(pi)長度時(shi)，應(ying)考慮到(dao)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過(guo)程中(zhong)空心坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)(de)高(gao)度會(hui)有(you)所增(zeng)加（圖6-11),穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)雙層(ceng)金屬(shu)(shu)坯(pi)料(liao)再經(jing)工頻感(gan)應(ying)再加熱(re)爐再加熱(re)到(dao)擠壓(ya)溫度并(bing)擠壓(ya)成(cheng)(cheng)雙金屬(shu)(shu)復合(he)管(guan)。用該工藝(yi)獲得的(de)(de)(de)(de)雙金屬(shu)(shu)復合(he)管(guan)坯(pi)，大大地減(jian)少了(le)基層(ceng)和復合(he)層(ceng)之間氧化膜的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)，改善了(le)兩層(ceng)不同(tong)金屬(shu)(shu)間的(de)(de)(de)(de)結合(he)質量。

  具有(you)耐蝕鋼(gang)內層(ceng)的原始(shi)組合(he)坯料(liao)和(he)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合(he)管的材(cai)料(liao)及尺寸配合(he)情(qing)況見表(biao)6-7。通過擠壓可獲得規格(ge)為φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的復(fu)合(he)管。其(qi)中，φ95mm×7mm 鋼(gang)管在皮爾格(ge)軋機(ji)上(shang)可冷軋出規格(ge)為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合(he)鋼(gang)管；ф86mm×4mm 鋼(gang)管加熱(re)后進入(ru)13機(ji)架（微）張力定（減）徑機(ji)，減徑成規格(ge)為Φ45mm×3.5mm的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合(he)鋼(gang)管。

  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)形時雙層結合表(biao)面的增加

  不銹鋼復合管(guan)雙(shuang)層的(de)焊合質(zhi)量(liang)在很(hen)大程(cheng)度(du)上與變(bian)形時附著表面的(de)增(zeng)加有(you)關。把表面增(zeng)加程(cheng)度(du)定義為伸長率入變(bian)形后(hou)的(de)表面與原始表面的(de)比值。因此，復合管(guan)外表面增(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。

  實踐證明，在采用壓力加工方法(fa)生產不(bu)(bu)銹鋼復合(he)管時，由于(yu)變形程度保證了(le)原始的結合(he)表(biao)面積至少增加了(le)8倍，使得兩層不(bu)(bu)同材料能充分地焊合(he)。

4. 不銹鋼復合管的內表面質量

當(dang)不銹(xiu)耐酸鋼復合管(guan)與腐蝕介質接觸時，表面顯微不平度(du)將嚴重影響到其腐蝕速(su)度(du)（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. 在相同的(de)(de)加(jia)工條(tiao)件下，復合管橫向上的(de)(de)表(biao)面顯微不平度比縱向的(de)(de)大(da)。

  c. 不(bu)銹鋼復合管在皮爾(er)格冷軋(ya)管機(ji)上冷軋(ya)后，可降(jiang)低(di)復合管的顯微不(bu)平度(du)，同時也減(jian)小了粗糙度(du)的離散程度(du)。

5. 不銹鋼復(fu)合管基體材(cai)料(liao)內(nei)碳的擴散(san)

   不(bu)銹鋼復合(he)管基體材料內碳的擴散層深(shen)度見(jian)表6-9.

   從表6-9中(zhong)可以(yi)看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)深度(du)，在(zai)(zai)擠壓和(he)(he)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)后(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)在(zai)(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)930℃熱處理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)值(zhi)增(zeng)大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)關(guan)系(xi)是類似的(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)經皮爾(er)格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋兩次930℃熱處理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)變得特別深。如(ru)果不形(xing)成柱狀(zhuang)晶(jing)組織，則(ze)在(zai)(zai)結合(he)(he)(he)層(ceng)(ceng)(ceng)表面附近擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)區(qu)域的(de)(de)(de)寬度(du)為(wei)0.4mm.由于基(ji)體材(cai)料(liao)中(zhong)形(xing)成的(de)(de)(de)碳化(hua)物，包括(kuo)鉻(ge)和(he)(he)鉬的(de)(de)(de)碳化(hua)物，碳向(xiang)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)減(jian)少。0Cr17Ti+35鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)含(han)有1%的(de)(de)(de)鈦，基(ji)體材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)非常明顯；在(zai)(zai)軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機上冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)和(he)(he)熱處理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)深度(du)比(bi)同類的(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)要小(xiao)。當在(zai)(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)(ya)制(zhi)或皮爾(er)格軋(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)(guan)機上冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)＋870℃下熱處理，則(ze)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)寬度(du)為(wei)0.30~0.38mm,同時在(zai)(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)方向(xiang)上形(xing)成了(le)定向(xiang)排列的(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)。

  含高鈦和鉻的(de)復合(he)層(ceng)材料熱處理時，由(you)于合(he)金元(yuan)素使活性降低，從基體鋼中接收碳的(de)傾(qing)向(xiang)較(jiao)高。

6. 不(bu)銹(xiu)鋼厚壁復合管的(de)擠壓

 為(wei)了獲得小直徑的(de)不(bu)銹(xiu)鋼厚壁復(fu)合管（如內(nei)徑為(wei)10~15mm、壁厚為(wei)10mm),采用(yong)帶不(bu)固(gu)定芯(xin)棒(bang)的(de)坯(pi)料(liao)擠壓工藝是較為(wei)理想的(de)選擇。芯(xin)棒(bang)采用(yong)塑性的(de)鋼質芯(xin)桿。

  例如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層(ceng)(ceng)金(jin)屬坯料經一(yi)次擠壓(ya)成ф26mm復(fu)合管，外層(ceng)(ceng)基體金(jin)屬為(wei)55CrNiMoV鋼(gang)，內部復(fu)合層(ceng)(ceng)金(jin)屬為(wei)1Cr24Al鋼(gang)。從擠壓(ya)后壓(ya)余的(de)縱(zong)向和(he)徑向截面可以看(kan)出，在(zai)變形時所有三層(ceng)(ceng)材料的(de)金(jin)屬流動是(shi)對稱的(de)（圖6-13).

  采(cai)用熱擠壓工藝生產不銹鋼(gang)復合管時，鋼(gang)質芯棒也發生塑性變(bian)形(xing)，結合層表面增(zeng)加程(cheng)(cheng)度與外(wai)表面增(zeng)加程(cheng)(cheng)度幾乎(hu)相等(deng)。