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(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、影響兩層不同材料結合的因素

 在制造不(bu)銹鋼復合管時，影響(xiang)兩層不(bu)同材(cai)料結合的主(zhu)要因(yin)素為：

  1. 結(jie)合表面(mian)的(de)精確裝配及其實際接(jie)觸面(mian)積的(de)大(da)小

    與結(jie)合表面的(de)(de)(de)精確對(dui)正及其(qi)有效接(jie)觸面積的(de)(de)(de)大小(xiao)有關的(de)(de)(de)是表面能、表面氧化膜(mo)，結(jie)晶取向、缺(que)、、缺(que)陷(xian)（如(ru)位移、晶界、各相的(de)(de)(de)相對(dui)位置、顯微裂紋(wen)等）。物(wu)理(li)化學研究(jiu)表明，幾何(he)的(de)(de)(de)理(li)想表面與物(wu)理(li)真(zhen)實(shi)的(de)(de)(de)兩層接(jie)觸表面大小(xiao)的(de)(de)(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的化學(xue)成分

   鋼中添(tian)加合金元素可降低接觸(chu)層的焊(han)合能力。

  3. 表面層和(he)中間層的(de)表面質(zhi)量(liang)

   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(de)應力狀(zhuang)態

   在變形(xing)(xing)過程中(zhong)，兩(liang)層(ceng)不同(tong)金屬的接觸表(biao)面不僅明顯(xian)增大，而且接觸表(biao)面上有較(jiao)高的壓(ya)應力，使結合(he)層(ceng)的焊合(he)質量(liang)得到提高。因此，在復合(he)管的生產中(zhong)，采(cai)用擠壓(ya)法和(he)拉拔法以及皮(pi)爾格(ge)軋(ya)制法進行變形(xing)(xing)。由(you)于橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制金屬在變形(xing)(xing)過程中(zhong)存在切向(xiang)拉應力，因此不能(neng)采(cai)用這兩(liang)種方法。

  5. 塑(su)性變形時的接(jie)觸表面(mian)和溫度

   兩層不(bu)同材料結合(he)表面的(de)(de)(de)增大(da)，對于在各層同時(shi)變形過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)焊合(he)具有決(jue)定性的(de)(de)(de)作用(yong)。因(yin)為，其形成的(de)(de)(de)接觸表面具有很大(da)的(de)(de)(de)能量，而兩層不(bu)同金(jin)屬結合(he)的(de)(de)(de)最大(da)強度是(shi)在高溫變形時(shi)獲得的(de)(de)(de)。這是(shi)因(yin)為多數金(jin)屬在高溫變形的(de)(de)(de)條(tiao)件下，塑性提高，且擴散也更迅速。

二、不銹鋼(gang)復合管坯(pi)料的制造方法(fa)

1. 不銹(xiu)鋼復合管的生產方法

  不銹(xiu)鋼復合管的生產方(fang)(fang)(fang)法有多種，可(ke)以(yi)按(an)(an)雙層(ceng)坯料制(zhi)造的方(fang)(fang)(fang)法來區分(fen)，也可(ke)以(yi)按(an)(an)所采(cai)用的變形(xing)方(fang)(fang)(fang)法來區分(fen)。

  按照(zhao)兩層(ceng)不(bu)同(tong)材料的結合方(fang)法(fa)，可將(jiang)復合管生產分為兩類，即以雙層(ceng)鑄坯(pi)、離(li)心(xin)澆鑄和爆(bao)炸成形(xing)等非變形(xing)方(fang)法(fa)和各種變形(xing)方(fang)法(fa)。

   a. 非變(bian)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。

  雙層金(jin)屬坯料(liao)也可用(yong)離心(xin)澆鑄的方法(fa)獲得(de)，然后經(jing)過擠(ji)壓或皮(pi)爾格軋制加工(gong)成(cheng)雙層金(jin)屬復合成(cheng)品(pin)鋼管。

  采用(yong)爆炸成型方(fang)法使兩層不同金屬結合(he)時，其結合(he)不僅是爆炸波作用(yong)的結果，也是輻射加熱(re)的結果。

 b. 變形法獲得復合管

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

  ①. 互(hu)相(xiang)插入不同(tong)材料的空心管坯組合而成的擠壓坯料（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(gang)復合管的熱擠(ji)壓工藝試驗(yan)

  為了簡(jian)化工藝、改善復合管(guan)質量，在(zai)立式穿(chuan)(chuan)孔機(ji)上通過熱穿(chuan)(chuan)孔獲得(de)雙(shuang)金(jin)屬坯料，然后在(zai)臥(wo)式擠(ji)壓機(ji)上通過熱擠(ji)壓方法獲得(de)雙(shuang)層金(jin)屬毛管(guan)，最后在(zai)皮爾格軋(ya)管(guan)機(ji)上通過冷軋(ya)得(de)到雙(shuang)金(jin)屬復合成品鋼管(guan)的工藝試驗。

  將工頻(pin)感(gan)應(ying)加(jia)熱爐加(jia)熱的(de)(de)(de)坯(pi)料送入立式穿(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)內，在穿(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)上面固定有(you)冷態的(de)(de)(de)高合(he)(he)金鋼厚(hou)壁(bi)管。在坯(pi)料進行穿(chuan)孔(kong)(kong)時(shi)，安置(zhi)在穿(chuan)孔(kong)(kong)頭上部(bu)的(de)(de)(de)厚(hou)壁(bi)管坯(pi)裝入被(bei)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭穿(chuan)出(chu)的(de)(de)(de)內孔(kong)(kong)，形(xing)(xing)成雙(shuang)(shuang)金屬空(kong)心(xin)坯(pi)的(de)(de)(de)內層(ceng)(ceng)。在確定被(bei)用(yong)來形(xing)(xing)成組合(he)(he)坯(pi)料內層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)厚(hou)壁(bi)管坯(pi)長(chang)度時(shi)，應(ying)考慮到穿(chuan)孔(kong)(kong)過程中空(kong)心(xin)坯(pi)料的(de)(de)(de)高度會有(you)所(suo)增加(jia)（圖6-11),穿(chuan)孔(kong)(kong)成的(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)層(ceng)(ceng)金屬坯(pi)料再(zai)經工頻(pin)感(gan)應(ying)再(zai)加(jia)熱爐再(zai)加(jia)熱到擠壓溫度并擠壓成雙(shuang)(shuang)金屬復(fu)合(he)(he)管。用(yong)該工藝獲得的(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)金屬復(fu)合(he)(he)管坯(pi)，大大地(di)減少了基(ji)層(ceng)(ceng)和復(fu)合(he)(he)層(ceng)(ceng)之間氧化(hua)膜的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成，改善了兩層(ceng)(ceng)不同金屬間的(de)(de)(de)結合(he)(he)質(zhi)量。

  具有耐(nai)蝕鋼內層的(de)(de)原始組合(he)坯料和(he)不銹(xiu)(xiu)鋼復(fu)(fu)(fu)合(he)管(guan)的(de)(de)材料及尺寸配(pei)合(he)情況見表6-7。通過擠壓可獲得規(gui)格(ge)(ge)為(wei)φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的(de)(de)復(fu)(fu)(fu)合(he)管(guan)。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼管(guan)在皮(pi)爾(er)格(ge)(ge)軋機上(shang)可冷軋出規(gui)格(ge)(ge)為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼復(fu)(fu)(fu)合(he)鋼管(guan)；ф86mm×4mm 鋼管(guan)加熱后進入13機架（微）張力定(ding)（減(jian)(jian)）徑機，減(jian)(jian)徑成規(gui)格(ge)(ge)為(wei)Φ45mm×3.5mm的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼復(fu)(fu)(fu)合(he)鋼管(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)形時雙層結合表面的增(zeng)加

  不銹(xiu)鋼復合管雙層(ceng)的(de)(de)焊合質量在很大(da)程(cheng)(cheng)度上與變形(xing)時(shi)附著表(biao)面(mian)的(de)(de)增加(jia)有關。把表(biao)面(mian)增加(jia)程(cheng)(cheng)度定義為(wei)伸長率入變形(xing)后的(de)(de)表(biao)面(mian)與原始表(biao)面(mian)的(de)(de)比(bi)值。因此(ci)，復合管外表(biao)面(mian)增加(jia)程(cheng)(cheng)度為(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。

  實踐證(zheng)明，在采用壓(ya)力加工方法生產(chan)不銹鋼復合(he)管(guan)時，由于變(bian)形(xing)程度保證(zheng)了(le)原始(shi)的結合(he)表面積至少增(zeng)加了(le)8倍，使得兩(liang)層不同(tong)材料(liao)能充(chong)分地焊合(he)。

4. 不銹鋼復合管的(de)內表面(mian)質量(liang)

當不(bu)銹耐(nai)酸鋼復(fu)合(he)管(guan)與腐(fu)(fu)蝕介質接觸時，表面顯微(wei)不(bu)平(ping)度將(jiang)嚴重影響(xiang)到其腐(fu)(fu)蝕速度（表6-8)。

從表6-8可(ke)以看出(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(bu)銹(xiu)鋼(gang)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(guan)橫(heng)向(xiang)(xiang)上的(de)表(biao)面(mian)顯微不(bu)平(ping)度比縱向(xiang)(xiang)的(de)大。

  c. 不(bu)銹鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)在皮爾格冷軋管(guan)機上冷軋后，可降低復(fu)(fu)合(he)管(guan)的(de)顯微(wei)不(bu)平度(du)(du)，同時也減(jian)小了(le)粗糙度(du)(du)的(de)離散程度(du)(du)。

5. 不銹(xiu)鋼復合管(guan)基體材料內碳的擴(kuo)散

   不銹鋼復合管基體(ti)材料(liao)內碳的擴(kuo)散層深度見表6-9.

   從表(biao)(biao)6-9中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復合(he)(he)(he)管(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)深(shen)度，在擠(ji)壓和(he)冷軋后為(wei)0.07~0.10mm,鋼管(guan)在冷軋和(he)930℃熱(re)處理(li)后，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復合(he)(he)(he)管(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)關系是類似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復合(he)(he)(he)管(guan)經(jing)皮爾格軋管(guan)機冷軋＋兩(liang)次930℃熱(re)處理(li)后，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)變得特(te)別深(shen)。如(ru)果不形(xing)成(cheng)柱狀(zhuang)晶(jing)組織，則在結(jie)合(he)(he)(he)層(ceng)表(biao)(biao)面附近擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)區域的(de)(de)寬度為(wei)0.4mm.由(you)于基體材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)(de)碳化物，包括鉻和(he)鉬的(de)(de)碳化物，碳向復合(he)(he)(he)材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)減(jian)少。0Cr17Ti+35鋼復合(he)(he)(he)管(guan)含(han)有1%的(de)(de)鈦，基體材(cai)料中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)非常明顯；在軋管(guan)機上(shang)冷軋和(he)熱(re)處理(li)后，擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)深(shen)度比同類的(de)(de)復合(he)(he)(he)材(cai)料0Cr17NiTi管(guan)的(de)(de)要(yao)小(xiao)。當在擠(ji)壓＋軋制(zhi)或皮爾格軋管(guan)機上(shang)冷軋＋870℃下熱(re)處理(li)，則擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)層(ceng)的(de)(de)寬度為(wei)0.30~0.38mm,同時(shi)在擴(kuo)散(san)(san)(san)(san)方向上(shang)形(xing)成(cheng)了(le)定向排列的(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)。

  含(han)高鈦和鉻的復合層(ceng)材料熱(re)處理時，由于合金(jin)元素使活性降低，從基體鋼中接收碳的傾向較高。

6. 不(bu)銹鋼厚壁復(fu)合管的擠壓

 為了獲(huo)得(de)小直徑的(de)(de)不銹鋼厚壁(bi)復合管（如內徑為10~15mm、壁(bi)厚為10mm),采用帶不固(gu)定(ding)芯(xin)棒的(de)(de)坯料擠壓工(gong)藝是較為理想的(de)(de)選擇。芯(xin)棒采用塑(su)性的(de)(de)鋼質(zhi)芯(xin)桿。

  例(li)如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性(xing)芯棒，將(jiang)φ145mm雙層(ceng)金屬(shu)(shu)坯料(liao)經一次(ci)擠壓(ya)成(cheng)ф26mm復合(he)管，外層(ceng)基體金屬(shu)(shu)為55CrNiMoV鋼，內部復合(he)層(ceng)金屬(shu)(shu)為1Cr24Al鋼。從擠壓(ya)后(hou)壓(ya)余的(de)縱向(xiang)和徑向(xiang)截面可以(yi)看(kan)出(chu)，在變形時所有三層(ceng)材(cai)料(liao)的(de)金屬(shu)(shu)流(liu)動是(shi)對稱的(de)（圖6-13).

  采用熱擠壓工藝生產不銹(xiu)鋼復合管時，鋼質芯棒也發生塑性(xing)變形，結(jie)合層(ceng)表(biao)面增加(jia)程度與外(wai)表(biao)面增加(jia)程度幾乎相等。