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(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(bu)同材(cai)料結(jie)合的(de)因(yin)素

 在制造不銹(xiu)鋼復合管時，影響兩層不同(tong)材(cai)料結合的(de)主要(yao)因(yin)素為：

  1. 結合(he)表面的(de)精確裝配及其實際接觸面積的(de)大小

    與結合表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)精確(que)對正及(ji)其有效接(jie)觸(chu)面(mian)(mian)積的(de)大小有關(guan)的(de)是表(biao)(biao)面(mian)(mian)能、表(biao)(biao)面(mian)(mian)氧化(hua)膜，結晶取向、缺、、缺陷(xian)（如(ru)位(wei)移、晶界、各相(xiang)的(de)相(xiang)對位(wei)置、顯微裂紋等(deng)）。物理化(hua)學(xue)研究(jiu)表(biao)(biao)明，幾何(he)的(de)理想表(biao)(biao)面(mian)(mian)與物理真(zhen)實的(de)兩層接(jie)觸(chu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)大小的(de)比值(zhi)可取1:50~1:12。

  2. 金(jin)屬的化(hua)學成分

   鋼中添加合(he)金元素可降低(di)接觸層的焊合(he)能(neng)力(li)。

  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(ceng)表面的應力(li)狀態

   在變形過程(cheng)中，兩(liang)層不(bu)(bu)同(tong)金(jin)屬的(de)(de)接(jie)觸表(biao)面不(bu)(bu)僅明顯增大，而且接(jie)觸表(biao)面上有較(jiao)高(gao)的(de)(de)壓應力，使結合(he)層的(de)(de)焊合(he)質量得(de)到(dao)提高(gao)。因(yin)此，在復合(he)管的(de)(de)生產中，采用擠壓法和拉拔法以及皮爾格軋(ya)制(zhi)法進(jin)行變形。由于(yu)橫軋(ya)或螺旋軋(ya)制(zhi)金(jin)屬在變形過程(cheng)中存在切向拉應力，因(yin)此不(bu)(bu)能采用這兩(liang)種(zhong)方法。

  5. 塑性(xing)變形時的接觸(chu)表面(mian)和溫度

   兩(liang)層(ceng)(ceng)不同材(cai)料結合(he)表(biao)(biao)面的(de)(de)增大，對(dui)于在各層(ceng)(ceng)同時變形過程中的(de)(de)焊合(he)具有決定性(xing)的(de)(de)作用(yong)。因為(wei)，其(qi)形成的(de)(de)接觸表(biao)(biao)面具有很大的(de)(de)能(neng)量，而兩(liang)層(ceng)(ceng)不同金屬結合(he)的(de)(de)最大強(qiang)度是在高溫變形時獲得(de)的(de)(de)。這(zhe)是因為(wei)多數金屬在高溫變形的(de)(de)條件下，塑性(xing)提高，且(qie)擴(kuo)散也更迅速(su)。

二、不(bu)銹鋼(gang)復合管坯料的制造方法

1. 不銹鋼復合管的(de)生產方法

  不銹鋼(gang)復合(he)管的生產方法(fa)有(you)多種，可以按雙層坯料(liao)制造(zao)的方法(fa)來(lai)區分(fen)，也可以按所采(cai)用的變形方法(fa)來(lai)區分(fen)。

  按照兩層不同材料的結(jie)合(he)方法，可將復合(he)管(guan)生產分為兩類(lei)，即以(yi)雙(shuang)層鑄坯、離心澆(jiao)鑄和(he)爆炸成形(xing)等非變形(xing)方法和(he)各種變形(xing)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。

  雙層金屬(shu)坯料也可用(yong)離心澆(jiao)鑄的(de)方法獲得，然后經(jing)過擠壓或皮爾(er)格軋制加工成雙層金屬(shu)復合成品(pin)鋼管。

  采(cai)用爆炸(zha)成型方法使兩層不同金屬結合時，其結合不僅是爆炸(zha)波作用的結果(guo)，也(ye)是輻射加熱的結果(guo)。

 b. 變形法(fa)獲得復合(he)管

  采用變形方(fang)法(fa)使(shi)兩(liang)層(ceng)金屬結合的方(fang)法(fa)有：

  ①. 互(hu)相插入(ru)不同(tong)材料(liao)的空心管(guan)坯組合而成的擠壓坯料(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. 不銹鋼復合管(guan)的熱擠壓(ya)工藝試(shi)驗

  為了簡化工藝(yi)、改善復(fu)合管(guan)質量，在立式(shi)穿孔(kong)機(ji)(ji)上(shang)通(tong)過熱(re)穿孔(kong)獲(huo)得(de)雙(shuang)金(jin)屬(shu)坯(pi)料，然后在臥式(shi)擠(ji)壓(ya)機(ji)(ji)上(shang)通(tong)過熱(re)擠(ji)壓(ya)方法獲(huo)得(de)雙(shuang)層(ceng)金(jin)屬(shu)毛(mao)管(guan)，最后在皮爾格軋(ya)管(guan)機(ji)(ji)上(shang)通(tong)過冷軋(ya)得(de)到雙(shuang)金(jin)屬(shu)復(fu)合成品鋼管(guan)的工藝(yi)試驗(yan)。

  將(jiang)工頻感應加熱爐加熱的(de)(de)(de)(de)坯(pi)(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)送入立式穿(chuan)(chuan)孔機的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔筒內，在(zai)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)(de)(de)上面(mian)固定有冷態的(de)(de)(de)(de)高(gao)合金鋼厚壁(bi)管(guan)(guan)(guan)。在(zai)坯(pi)(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)進行(xing)穿(chuan)(chuan)孔時，安置在(zai)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)上部的(de)(de)(de)(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)(pi)裝入被(bei)(bei)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)穿(chuan)(chuan)出的(de)(de)(de)(de)內孔，形成(cheng)雙(shuang)(shuang)金屬(shu)(shu)空心坯(pi)(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)內層(ceng)。在(zai)確(que)定被(bei)(bei)用(yong)來(lai)形成(cheng)組合坯(pi)(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)內層(ceng)的(de)(de)(de)(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)(pi)長度(du)時，應考慮到穿(chuan)(chuan)孔過程中空心坯(pi)(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)高(gao)度(du)會有所增加（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔成(cheng)的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)層(ceng)金屬(shu)(shu)坯(pi)(pi)(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)再(zai)經工頻感應再(zai)加熱爐再(zai)加熱到擠壓(ya)溫(wen)度(du)并(bing)擠壓(ya)成(cheng)雙(shuang)(shuang)金屬(shu)(shu)復(fu)(fu)合管(guan)(guan)(guan)。用(yong)該工藝獲(huo)得的(de)(de)(de)(de)雙(shuang)(shuang)金屬(shu)(shu)復(fu)(fu)合管(guan)(guan)(guan)坯(pi)(pi)(pi)(pi)，大大地減少了基層(ceng)和復(fu)(fu)合層(ceng)之(zhi)間氧化膜的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)，改善了兩層(ceng)不同(tong)金屬(shu)(shu)間的(de)(de)(de)(de)結合質量。

  具有耐蝕鋼(gang)(gang)(gang)(gang)內層的原始組(zu)合(he)坯料和(he)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)(guan)的材料及尺寸配(pei)合(he)情況見表6-7。通過擠壓(ya)可獲(huo)得規格為(wei)φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)(guan)。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)在皮爾(er)格軋機(ji)上可冷軋出(chu)規格為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)復(fu)(fu)合(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)加(jia)熱后(hou)進入(ru)13機(ji)架（微）張(zhang)力(li)定（減）徑機(ji)，減徑成規格為(wei)Φ45mm×3.5mm的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)復(fu)(fu)合(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(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. 不銹鋼復合(he)管變形時雙(shuang)層結合(he)表(biao)面的(de)增加

  不銹鋼復合管(guan)雙層的焊(han)合質量在很(hen)大程度上與(yu)變形時(shi)附著(zhu)表(biao)面的增(zeng)(zeng)加有關。把(ba)表(biao)面增(zeng)(zeng)加程度定義(yi)為伸(shen)長率(lv)入變形后的表(biao)面與(yu)原始表(biao)面的比(bi)值。因此，復合管(guan)外表(biao)面增(zeng)(zeng)加程度為：

  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(jian)證明，在(zai)采用壓力加工方法生產不銹(xiu)鋼復合(he)管時，由于變形程度(du)保證了原(yuan)始的結合(he)表面積至少增加了8倍，使得兩(liang)層不同材料能充分地焊合(he)。

4. 不銹(xiu)鋼復(fu)合管的內(nei)表面(mian)質量

當不銹(xiu)耐酸鋼復合(he)管與腐蝕(shi)(shi)介質接觸時，表面顯微不平度將嚴重影響到其腐蝕(shi)(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(bu)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(gong)條(tiao)件下，復合管(guan)橫向(xiang)上的表面顯微不平(ping)度比縱向(xiang)的大。

  c. 不銹(xiu)鋼(gang)復合管在(zai)皮爾(er)格冷軋管機上(shang)冷軋后，可降低復合管的(de)顯微不平度，同時(shi)也減小(xiao)了粗糙度的(de)離散程度。

5. 不(bu)銹(xiu)鋼復合管基體(ti)材料內碳(tan)的擴散(san)

   不銹鋼復合管(guan)基體材料內碳的擴散層深度見表6-9.

   從表6-9中(zhong)可以看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)深(shen)度(du)，在(zai)擠(ji)壓(ya)和(he)冷軋(ya)后為0.07~0.10mm,鋼管(guan)(guan)(guan)在(zai)冷軋(ya)和(he)930℃熱處(chu)理(li)后，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)關(guan)系是類似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)經(jing)皮爾格軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機冷軋(ya)＋兩次930℃熱處(chu)理(li)后，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)變得(de)特別深(shen)。如果不形成(cheng)(cheng)柱狀晶組(zu)織，則在(zai)結合(he)(he)(he)層(ceng)表面附近(jin)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)區域的(de)(de)寬(kuan)(kuan)度(du)為0.4mm.由(you)于(yu)基(ji)體材料中(zhong)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)碳化物，包(bao)括鉻和(he)鉬的(de)(de)碳化物，碳向復合(he)(he)(he)材料中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)減少。0Cr17Ti+35鋼復合(he)(he)(he)管(guan)(guan)(guan)含有(you)1%的(de)(de)鈦，基(ji)體材料中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)非常明(ming)顯；在(zai)軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機上(shang)冷軋(ya)和(he)熱處(chu)理(li)后，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)深(shen)度(du)比同類的(de)(de)復合(he)(he)(he)材料0Cr17NiTi管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)要小。當在(zai)擠(ji)壓(ya)＋軋(ya)制或皮爾格軋(ya)管(guan)(guan)(guan)機上(shang)冷軋(ya)＋870℃下熱處(chu)理(li)，則擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)的(de)(de)寬(kuan)(kuan)度(du)為0.30~0.38mm,同時在(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)方向上(shang)形成(cheng)(cheng)了定(ding)向排列的(de)(de)柱狀晶。

  含高鈦(tai)和鉻(ge)的(de)復合層材料熱處理時(shi)，由于合金(jin)元素(su)使活性降低(di)，從基(ji)體(ti)鋼(gang)中接收碳的(de)傾向較高。

6. 不(bu)銹鋼厚壁復合管的擠壓(ya)

 為(wei)了獲得小(xiao)直徑(jing)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)厚(hou)壁(bi)復合(he)管(guan)（如(ru)內徑(jing)為(wei)10~15mm、壁(bi)厚(hou)為(wei)10mm),采(cai)(cai)用帶不固(gu)定(ding)芯棒的(de)坯料(liao)擠壓(ya)工(gong)藝是較(jiao)為(wei)理想的(de)選(xuan)擇。芯棒采(cai)(cai)用塑性的(de)鋼(gang)質(zhi)芯桿。

  例(li)如，采用(yong)1Mn18Cr12V 塑(su)性芯(xin)棒，將φ145mm雙層(ceng)金(jin)屬(shu)坯料經一次擠(ji)壓(ya)成ф26mm復(fu)合(he)管，外層(ceng)基體金(jin)屬(shu)為(wei)55CrNiMoV鋼(gang)，內部復(fu)合(he)層(ceng)金(jin)屬(shu)為(wei)1Cr24Al鋼(gang)。從擠(ji)壓(ya)后(hou)壓(ya)余(yu)的縱向和徑向截面(mian)可(ke)以看出，在(zai)變(bian)形時所有三層(ceng)材料的金(jin)屬(shu)流動是對稱(cheng)的（圖6-13).

  采用熱擠壓工藝生(sheng)產不銹鋼(gang)復合(he)管時(shi)，鋼(gang)質芯(xin)棒也發(fa)生(sheng)塑性變(bian)形，結合(he)層表(biao)面(mian)增(zeng)加程度與外表(biao)面(mian)增(zeng)加程度幾(ji)乎(hu)相等(deng)。