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(jie)合的因素

 在制造不(bu)銹鋼復合(he)(he)管時，影響兩層(ceng)不(bu)同材料結合(he)(he)的(de)主要因素為：

  1. 結合表(biao)面(mian)的(de)精確裝配及(ji)其實(shi)際(ji)接(jie)觸面(mian)積(ji)的(de)大小(xiao)

    與結合(he)表面(mian)的(de)(de)精確對(dui)正及其(qi)有(you)效接觸(chu)面(mian)積的(de)(de)大小有(you)關的(de)(de)是表面(mian)能、表面(mian)氧化膜，結晶取向(xiang)、缺、、缺陷（如(ru)位(wei)(wei)移、晶界、各相的(de)(de)相對(dui)位(wei)(wei)置、顯微(wei)裂紋等）。物(wu)理化學研究表明(ming)，幾(ji)何(he)的(de)(de)理想(xiang)表面(mian)與物(wu)理真(zhen)實的(de)(de)兩層接觸(chu)表面(mian)大小的(de)(de)比值(zhi)可取1:50~1:12。

  2. 金(jin)屬(shu)的化(hua)學成分

   鋼中添加合金元素可降低接觸層(ceng)的焊合能力。

  3. 表(biao)面(mian)層和中間層的表(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(biao)面的應力狀(zhuang)態

   在(zai)變形(xing)過程(cheng)中(zhong)，兩層不(bu)同金屬的接觸表(biao)面(mian)不(bu)僅(jin)明顯(xian)增大，而(er)且接觸表(biao)面(mian)上有較高的壓(ya)應力，使(shi)結合(he)層的焊(han)合(he)質量得到提高。因此，在(zai)復合(he)管的生產中(zhong)，采用擠壓(ya)法和(he)拉(la)(la)拔法以及皮(pi)爾格軋制法進行變形(xing)。由于橫軋或螺旋(xuan)軋制金屬在(zai)變形(xing)過程(cheng)中(zhong)存在(zai)切向拉(la)(la)應力，因此不(bu)能采用這兩種方法。

  5. 塑性(xing)變形(xing)時(shi)的接(jie)觸表面(mian)和溫(wen)度(du)

   兩層(ceng)不同(tong)材料結(jie)合(he)表面的(de)增大(da)，對于在各層(ceng)同(tong)時(shi)(shi)變(bian)形過(guo)程中的(de)焊合(he)具(ju)有決定(ding)性的(de)作用。因為(wei)，其形成的(de)接觸表面具(ju)有很(hen)大(da)的(de)能量，而兩層(ceng)不同(tong)金屬結(jie)合(he)的(de)最大(da)強度(du)是在高溫變(bian)形時(shi)(shi)獲得(de)的(de)。這是因為(wei)多數金屬在高溫變(bian)形的(de)條件下，塑性提高，且擴散也(ye)更迅速(su)。

二、不(bu)銹鋼復合(he)管(guan)坯料(liao)的制造方法

1. 不銹鋼復合(he)管的(de)生產方法

  不(bu)銹鋼(gang)復合(he)管的生(sheng)產方法有多種(zhong)，可(ke)以按雙層(ceng)坯(pi)料(liao)制造的方法來區分，也(ye)可(ke)以按所采用的變形(xing)方法來區分。

  按(an)照兩(liang)層不同材料(liao)的結(jie)合方法，可將復合管生產分為兩(liang)類，即以(yi)雙層鑄(zhu)坯、離心澆鑄(zhu)和(he)(he)爆炸(zha)成形等非變(bian)(bian)形方法和(he)(he)各(ge)種(zhong)變(bian)(bian)形方法。

   a. 非(fei)變(bian)形法獲得(de)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(ceng)(ceng)金(jin)屬坯料也(ye)可用離心澆鑄的方法獲得，然后(hou)經過擠壓(ya)或皮爾格軋制加(jia)工成雙層(ceng)(ceng)金(jin)屬復合成品鋼管。

  采用(yong)爆炸成(cheng)型方(fang)法使兩層不同金屬結(jie)(jie)合時(shi)，其結(jie)(jie)合不僅是爆炸波作(zuo)用(yong)的結(jie)(jie)果(guo)，也(ye)是輻射加熱的結(jie)(jie)果(guo)。

 b. 變(bian)形法獲得復合管

  采用變(bian)形方(fang)法使(shi)兩層金屬結合(he)的方(fang)法有：

  ①. 互相插入不同材料(liao)的(de)空心管(guan)坯組合而(er)成的(de)擠壓坯料(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(he)管的(de)熱擠壓工藝(yi)試驗

  為了簡化工藝、改善復(fu)合管質量，在立(li)式穿孔機上(shang)(shang)通過(guo)熱穿孔獲得(de)雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)坯料，然后在臥式擠(ji)壓(ya)機上(shang)(shang)通過(guo)熱擠(ji)壓(ya)方法獲得(de)雙(shuang)(shuang)層(ceng)金(jin)屬(shu)毛管，最后在皮爾格軋管機上(shang)(shang)通過(guo)冷(leng)軋得(de)到雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)復(fu)合成品鋼(gang)管的工藝試(shi)驗。

  將工頻感(gan)應加熱(re)(re)爐(lu)加熱(re)(re)的坯料送(song)入立(li)式穿(chuan)孔(kong)機的穿(chuan)孔(kong)筒內(nei)，在(zai)穿(chuan)孔(kong)頭的上面固定有冷態的高合金(jin)(jin)(jin)鋼厚(hou)壁(bi)管(guan)(guan)。在(zai)坯料進行穿(chuan)孔(kong)時，安置(zhi)在(zai)穿(chuan)孔(kong)頭上部的厚(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯裝入被穿(chuan)孔(kong)頭穿(chuan)出(chu)的內(nei)孔(kong)，形成雙(shuang)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)空(kong)(kong)心坯的內(nei)層。在(zai)確定被用(yong)來形成組合坯料內(nei)層的厚(hou)壁(bi)管(guan)(guan)坯長度(du)時，應考慮到穿(chuan)孔(kong)過程中空(kong)(kong)心坯料的高度(du)會(hui)有所(suo)增加（圖6-11),穿(chuan)孔(kong)成的雙(shuang)層金(jin)(jin)(jin)屬(shu)坯料再經工頻感(gan)應再加熱(re)(re)爐(lu)再加熱(re)(re)到擠壓溫(wen)度(du)并(bing)擠壓成雙(shuang)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)復(fu)合管(guan)(guan)。用(yong)該工藝獲得的雙(shuang)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)復(fu)合管(guan)(guan)坯，大大地減(jian)少了基層和復(fu)合層之間氧(yang)化膜的形成，改善了兩層不同(tong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)間的結合質量。

  具有耐蝕鋼內(nei)層的(de)(de)原始(shi)組合(he)坯料和不(bu)銹(xiu)鋼復合(he)管的(de)(de)材料及尺寸(cun)配合(he)情況(kuang)見表6-7。通過擠壓可獲(huo)得規(gui)(gui)格(ge)為(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)(de)復合(he)管。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼管在皮(pi)爾格(ge)軋機(ji)上(shang)可冷(leng)軋出(chu)規(gui)(gui)格(ge)為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼復合(he)鋼管；ф86mm×4mm 鋼管加熱后(hou)進入13機(ji)架(jia)（微）張力定（減）徑機(ji)，減徑成規(gui)(gui)格(ge)為(wei)Φ45mm×3.5mm的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼復合(he)鋼管。

  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. 不銹鋼復合管變形時(shi)雙層(ceng)結合表面的增加

  不銹鋼(gang)復(fu)合管雙層的焊(han)合質量在很大程度(du)上(shang)與變形時附著(zhu)表(biao)面(mian)的增加有關。把(ba)表(biao)面(mian)增加程度(du)定義(yi)為伸長率(lv)入變形后的表(biao)面(mian)與原始(shi)表(biao)面(mian)的比值。因此，復(fu)合管外表(biao)面(mian)增加程度(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(zheng)明，在采用壓(ya)力(li)加(jia)工(gong)方法(fa)生產不銹鋼(gang)復合管時，由(you)于變形程(cheng)度(du)保證(zheng)了原(yuan)始的結合表面積至少增(zeng)加(jia)了8倍，使得兩層不同材料能充分地焊合。

4. 不銹鋼復合管的(de)內表面質量

當(dang)不銹(xiu)耐酸(suan)鋼復(fu)合(he)管與(yu)腐蝕(shi)介質(zhi)接(jie)觸時，表面(mian)顯微不平(ping)度將嚴重影(ying)響到其(qi)腐蝕(shi)速度（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. 在相同的加工條(tiao)件下，復合(he)管(guan)橫向(xiang)(xiang)上的表面顯微(wei)不平度(du)比縱(zong)向(xiang)(xiang)的大(da)。

  c. 不銹鋼復合管(guan)在皮爾(er)格冷(leng)(leng)軋(ya)管(guan)機上(shang)冷(leng)(leng)軋(ya)后，可降低復合管(guan)的(de)顯微不平度，同時也減(jian)小了粗糙(cao)度的(de)離散(san)程度。

5. 不銹鋼(gang)復合管基體(ti)材料內碳的擴散

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

   從(cong)表(biao)6-9中(zhong)可以看(kan)出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深(shen)度(du)，在(zai)(zai)擠壓和(he)(he)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)為0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)(guan)在(zai)(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)(ya)和(he)(he)930℃熱(re)處理(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)關系(xi)是類(lei)似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合(he)管(guan)(guan)經(jing)皮(pi)爾格軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)(ya)＋兩次(ci)930℃熱(re)處理(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)變(bian)得特別(bie)深(shen)。如果不形成(cheng)(cheng)柱狀晶組織(zhi)，則在(zai)(zai)結合(he)層(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)附近擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)區域的(de)(de)寬度(du)為0.4mm.由于(yu)基(ji)體材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)碳化物，包括鉻和(he)(he)鉬的(de)(de)碳化物，碳向(xiang)(xiang)復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)減少。0Cr17Ti+35鋼(gang)復(fu)合(he)管(guan)(guan)含有(you)1%的(de)(de)鈦(tai)，基(ji)體材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)非常明(ming)顯；在(zai)(zai)軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機上冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)(ya)和(he)(he)熱(re)處理(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深(shen)度(du)比同(tong)類(lei)的(de)(de)復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)(de)要小。當(dang)在(zai)(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)(ya)(ya)制或皮(pi)爾格軋(ya)(ya)(ya)(ya)管(guan)(guan)機上冷(leng)軋(ya)(ya)(ya)(ya)＋870℃下(xia)熱(re)處理(li)，則擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)的(de)(de)寬度(du)為0.30~0.38mm,同(tong)時在(zai)(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)方向(xiang)(xiang)上形成(cheng)(cheng)了(le)定向(xiang)(xiang)排列的(de)(de)柱狀晶。

  含高(gao)鈦和鉻的復合層材料熱處理時，由于合金元素(su)使活性降低，從基(ji)體鋼中接收碳的傾向較高(gao)。

6. 不銹鋼厚(hou)壁復(fu)合管(guan)的擠(ji)壓

 為(wei)(wei)了獲得(de)小直徑的(de)不銹鋼(gang)厚壁(bi)復合管（如(ru)內徑為(wei)(wei)10~15mm、壁(bi)厚為(wei)(wei)10mm),采用(yong)帶(dai)不固定芯(xin)棒(bang)的(de)坯料擠壓工藝是(shi)較(jiao)為(wei)(wei)理想的(de)選擇。芯(xin)棒(bang)采用(yong)塑性的(de)鋼(gang)質芯(xin)桿。

  例(li)如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒(bang)，將φ145mm雙層(ceng)金屬(shu)(shu)坯料經(jing)一次(ci)擠(ji)壓(ya)(ya)成ф26mm復(fu)合(he)管，外(wai)層(ceng)基體金屬(shu)(shu)為55CrNiMoV鋼，內部(bu)復(fu)合(he)層(ceng)金屬(shu)(shu)為1Cr24Al鋼。從(cong)擠(ji)壓(ya)(ya)后(hou)壓(ya)(ya)余的(de)縱向和徑向截面可(ke)以看(kan)出，在變形時所有三層(ceng)材料的(de)金屬(shu)(shu)流動是對稱的(de)（圖6-13).

  采用熱擠壓工藝生(sheng)產不銹鋼復合管時，鋼質芯棒也發生(sheng)塑性變(bian)形，結合層(ceng)表(biao)面(mian)(mian)增(zeng)加程(cheng)度與外表(biao)面(mian)(mian)增(zeng)加程(cheng)度幾(ji)乎相等。