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(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(liang)層不同材料結合(he)的因素(su)

 在制(zhi)造(zao)不銹鋼(gang)復(fu)合(he)管時，影響兩層不同材料結合(he)的主要因素為：

  1. 結合表面的精確(que)裝配及其實際接(jie)觸面積的大小

    與結(jie)合表(biao)面(mian)的精確對正及其有效接(jie)觸面(mian)積(ji)的大小有關的是(shi)表(biao)面(mian)能、表(biao)面(mian)氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)，結(jie)晶取向、缺、、缺陷（如位(wei)移、晶界(jie)、各(ge)相的相對位(wei)置(zhi)、顯微裂(lie)紋(wen)等）。物(wu)理(li)化(hua)(hua)學研究(jiu)表(biao)明，幾何的理(li)想表(biao)面(mian)與物(wu)理(li)真實的兩層接(jie)觸表(biao)面(mian)大小的比值(zhi)可取1:50~1:12。

  2. 金屬的化學成分

   鋼(gang)中添加(jia)合(he)金元素可降低接觸(chu)層的(de)焊合(he)能(neng)力。

  3. 表(biao)面(mian)層和(he)中間層的表(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. 結合(he)層(ceng)表面的應力狀(zhuang)態

   在(zai)(zai)(zai)變形(xing)過(guo)程中，兩層不(bu)同(tong)金屬的(de)接觸(chu)表面不(bu)僅明顯增大，而且接觸(chu)表面上有較高的(de)壓(ya)應力，使結(jie)合層的(de)焊合質量得(de)到提高。因此(ci)，在(zai)(zai)(zai)復合管(guan)的(de)生產中，采用擠壓(ya)法(fa)和拉拔法(fa)以及皮爾格軋(ya)(ya)制(zhi)法(fa)進行變形(xing)。由于橫(heng)軋(ya)(ya)或螺(luo)旋軋(ya)(ya)制(zhi)金屬在(zai)(zai)(zai)變形(xing)過(guo)程中存在(zai)(zai)(zai)切向拉應力，因此(ci)不(bu)能采用這(zhe)兩種方法(fa)。

  5. 塑性變形(xing)時的接(jie)觸表(biao)面(mian)和溫度

   兩層不同(tong)材料結合表面(mian)的(de)(de)(de)增大，對于(yu)在各層同(tong)時變(bian)形(xing)過程中的(de)(de)(de)焊(han)合具有(you)決定性的(de)(de)(de)作用。因(yin)為(wei)，其形(xing)成的(de)(de)(de)接觸表面(mian)具有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)能量，而(er)兩層不同(tong)金(jin)屬結合的(de)(de)(de)最(zui)大強(qiang)度是在高(gao)溫變(bian)形(xing)時獲得(de)的(de)(de)(de)。這是因(yin)為(wei)多數金(jin)屬在高(gao)溫變(bian)形(xing)的(de)(de)(de)條件(jian)下，塑(su)性提高(gao)，且擴散也更迅速。

二、不銹鋼復合(he)管坯料的制造(zao)方法(fa)

1. 不(bu)銹鋼復合(he)管的生產方法

  不銹鋼復合管的生產(chan)方(fang)(fang)法有多(duo)種，可(ke)以(yi)按(an)(an)雙層坯料(liao)制造的方(fang)(fang)法來區(qu)分(fen)(fen)，也可(ke)以(yi)按(an)(an)所(suo)采用的變形(xing)方(fang)(fang)法來區(qu)分(fen)(fen)。

  按照兩(liang)層不同材料(liao)的結(jie)合方(fang)法，可(ke)將復合管生產分為(wei)兩(liang)類(lei)，即以雙層鑄坯、離心澆(jiao)鑄和(he)爆炸成形等非變形方(fang)法和(he)各種變形方(fang)法。

   a. 非變(bian)形(xing)法獲得(de)復合(he)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)金屬坯料也可用(yong)離心(xin)澆鑄的方(fang)法獲得，然(ran)后經過擠壓或皮爾格軋制加工成雙層(ceng)金屬復合成品鋼管。

  采用(yong)爆炸成型(xing)方法使兩層不(bu)同(tong)金屬(shu)結(jie)(jie)合時，其結(jie)(jie)合不(bu)僅是爆炸波作用(yong)的結(jie)(jie)果(guo)，也(ye)是輻射加熱的結(jie)(jie)果(guo)。

 b. 變形法(fa)獲(huo)得復合管

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

  ①. 互相(xiang)插入不同材料的空心(xin)管坯組合而(er)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. 不銹鋼復合(he)管(guan)的熱(re)擠壓工藝(yi)試驗

  為了簡化(hua)工(gong)藝、改善復合(he)管(guan)質量，在立式(shi)穿孔(kong)機(ji)上(shang)通過熱穿孔(kong)獲(huo)得雙金屬坯(pi)料，然后(hou)在臥(wo)式(shi)擠壓(ya)機(ji)上(shang)通過熱擠壓(ya)方法獲(huo)得雙層(ceng)金屬毛管(guan)，最后(hou)在皮爾格軋管(guan)機(ji)上(shang)通過冷軋得到雙金屬復合(he)成品鋼管(guan)的工(gong)藝試驗。

  將(jiang)工頻(pin)感應加(jia)熱(re)爐加(jia)熱(re)的(de)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)送入立(li)式穿(chuan)(chuan)孔(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒內，在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭的(de)上面固定有冷態的(de)高(gao)合金(jin)鋼(gang)厚(hou)(hou)壁管(guan)。在(zai)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)進行穿(chuan)(chuan)孔(kong)時，安置在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭上部的(de)厚(hou)(hou)壁管(guan)坯(pi)(pi)(pi)裝(zhuang)入被穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭穿(chuan)(chuan)出的(de)內孔(kong)，形(xing)成(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)空心(xin)坯(pi)(pi)(pi)的(de)內層(ceng)(ceng)。在(zai)確定被用(yong)來形(xing)成(cheng)組合坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)內層(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)(hou)壁管(guan)坯(pi)(pi)(pi)長度時，應考慮到(dao)穿(chuan)(chuan)孔(kong)過程(cheng)中(zhong)空心(xin)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)的(de)高(gao)度會有所增加(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔(kong)成(cheng)的(de)雙(shuang)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)再(zai)經工頻(pin)感應再(zai)加(jia)熱(re)爐再(zai)加(jia)熱(re)到(dao)擠(ji)壓(ya)溫度并(bing)擠(ji)壓(ya)成(cheng)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合管(guan)。用(yong)該工藝獲得的(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)復合管(guan)坯(pi)(pi)(pi)，大大地減少(shao)了(le)基層(ceng)(ceng)和復合層(ceng)(ceng)之間氧(yang)化膜的(de)形(xing)成(cheng)，改善了(le)兩層(ceng)(ceng)不同(tong)金(jin)屬(shu)間的(de)結合質量。

  具(ju)有耐蝕鋼(gang)(gang)內(nei)層的(de)原始組合(he)(he)坯(pi)料和不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)復合(he)(he)管(guan)的(de)材料及尺寸配合(he)(he)情況見表6-7。通(tong)過(guo)擠壓可獲得(de)規格為φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的(de)復合(he)(he)管(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)管(guan)在皮爾格軋機(ji)上可冷軋出(chu)規格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)復合(he)(he)鋼(gang)(gang)管(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)管(guan)加熱后進(jin)入13機(ji)架（微）張力定（減）徑機(ji)，減徑成(cheng)規格為Φ45mm×3.5mm的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)復合(he)(he)鋼(gang)(gang)管(guan)。

  擠壓不(bu)銹鋼管(guan)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(xiu)鋼復(fu)合管變形時雙層結合表(biao)面的增加

  不(bu)銹鋼復合(he)(he)(he)管雙層的(de)(de)焊合(he)(he)(he)質量在很大(da)程度(du)上與變形(xing)時附著(zhu)表(biao)面(mian)的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)有關。把表(biao)面(mian)增(zeng)(zeng)加(jia)程度(du)定義為伸長率(lv)入變形(xing)后的(de)(de)表(biao)面(mian)與原始(shi)表(biao)面(mian)的(de)(de)比(bi)值。因此，復合(he)(he)(he)管外表(biao)面(mian)增(zeng)(zeng)加(jia)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(shi)踐證明，在(zai)采用壓力加工方法生產(chan)不銹鋼復合管時，由于變(bian)形(xing)程度保證了原始的結(jie)合表面(mian)積至少增加了8倍，使得兩(liang)層不同材料能充分地焊合。

4. 不(bu)銹(xiu)鋼復合管的(de)內表面質(zhi)量(liang)

當不銹(xiu)耐酸鋼復合管與腐蝕介質接觸時(shi)，表(biao)面顯(xian)微不平度(du)將嚴重影響到其(qi)腐蝕速度(du)（表(biao)6-8)。

從表6-8可以看出(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(xiang)同的(de)加工條件下，復合管橫向上的(de)表面顯(xian)微不平(ping)度(du)比縱向的(de)大。

  c. 不(bu)銹鋼復合管在(zai)皮爾格冷軋管機(ji)上冷軋后，可(ke)降低(di)復合管的(de)顯微不(bu)平度(du)，同時(shi)也(ye)減小了(le)粗糙度(du)的(de)離散(san)程度(du)。

5. 不銹(xiu)鋼復合管基體(ti)材(cai)料內碳的擴散

   不銹鋼復合管基體材料內碳(tan)的擴散(san)層深(shen)度見表6-9.

   從表6-9中(zhong)(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)中(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)深度，在(zai)(zai)(zai)擠壓(ya)和(he)(he)冷(leng)軋(ya)(ya)后(hou)為(wei)0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)(guan)在(zai)(zai)(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)(he)930℃熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)中(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)關系是(shi)類似(si)的(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)經(jing)皮(pi)爾(er)格軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機冷(leng)軋(ya)(ya)＋兩(liang)次(ci)930℃熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)變得特別深。如果不形成柱(zhu)(zhu)狀晶組(zu)織(zhi)，則在(zai)(zai)(zai)結合(he)(he)層(ceng)表面附近擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)區(qu)域的(de)寬(kuan)度為(wei)0.4mm.由于基(ji)體材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)形成的(de)碳(tan)化(hua)物(wu)，包括鉻(ge)和(he)(he)鉬的(de)碳(tan)化(hua)物(wu)，碳(tan)向復(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)減少。0Cr17Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)含有1%的(de)鈦，基(ji)體材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)非常明顯；在(zai)(zai)(zai)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機上(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)(he)熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)深度比同(tong)類的(de)復(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)要小(xiao)。當在(zai)(zai)(zai)擠壓(ya)＋軋(ya)(ya)制或皮(pi)爾(er)格軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機上(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)＋870℃下熱處(chu)(chu)理(li)，則擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)層(ceng)的(de)寬(kuan)度為(wei)0.30~0.38mm,同(tong)時在(zai)(zai)(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)方(fang)向上(shang)形成了(le)定向排列的(de)柱(zhu)(zhu)狀晶。

  含高鈦和鉻的復合(he)層材料熱處理時(shi)，由(you)于合(he)金元(yuan)素(su)使活性降低，從(cong)基(ji)體鋼中接(jie)收碳的傾向較高。

6. 不銹鋼厚壁復(fu)合管的擠壓

 為(wei)(wei)了獲得(de)小直徑的不(bu)銹鋼厚(hou)壁復合管（如(ru)內徑為(wei)(wei)10~15mm、壁厚(hou)為(wei)(wei)10mm),采(cai)用帶不(bu)固定芯(xin)(xin)棒的坯料擠(ji)壓工藝是(shi)較為(wei)(wei)理(li)想的選擇。芯(xin)(xin)棒采(cai)用塑性的鋼質芯(xin)(xin)桿(gan)。

  例如，采(cai)用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將φ145mm雙層(ceng)(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)料經一次擠壓(ya)成ф26mm復合(he)管(guan)，外層(ceng)(ceng)(ceng)基體金(jin)屬(shu)為55CrNiMoV鋼，內(nei)部復合(he)層(ceng)(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)為1Cr24Al鋼。從擠壓(ya)后壓(ya)余(yu)的(de)縱向和徑向截面可以看出，在變形時所(suo)有三層(ceng)(ceng)(ceng)材料的(de)金(jin)屬(shu)流動是對(dui)稱的(de)（圖6-13).

  采用熱擠(ji)壓工藝生產不(bu)銹鋼復合(he)管(guan)時，鋼質(zhi)芯棒也發生塑(su)性變形，結(jie)合(he)層(ceng)表面增加程度與外表面增加程度幾乎(hu)相等。