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(xiu)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

 在制造不(bu)銹(xiu)鋼復合(he)管時，影響兩層不(bu)同(tong)材料結(jie)合(he)的主要因素為：

  1. 結合表面的(de)精確裝配及其實(shi)際接(jie)觸面積(ji)的(de)大小

    與(yu)結合表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)精確對(dui)正及其有效接(jie)觸(chu)面(mian)積的(de)(de)大小(xiao)有關的(de)(de)是表(biao)(biao)面(mian)能(neng)、表(biao)(biao)面(mian)氧化膜，結晶(jing)取(qu)向(xiang)、缺、、缺陷(xian)（如位(wei)移、晶(jing)界(jie)、各(ge)相的(de)(de)相對(dui)位(wei)置(zhi)、顯微裂(lie)紋等）。物理(li)化學研究(jiu)表(biao)(biao)明(ming)，幾何(he)的(de)(de)理(li)想(xiang)表(biao)(biao)面(mian)與(yu)物理(li)真實的(de)(de)兩層接(jie)觸(chu)表(biao)(biao)面(mian)大小(xiao)的(de)(de)比值可取(qu)1:50~1:12。

  2. 金(jin)屬的化學成分

   鋼(gang)中添加合金元(yuan)素可(ke)降低接觸層(ceng)的焊合能力。

  3. 表面層和中間(jian)層的(de)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)表面的應力狀態

   在(zai)變形過程(cheng)(cheng)中(zhong)，兩層不同金屬的(de)接觸表面(mian)不僅(jin)明顯(xian)增大，而且接觸表面(mian)上有較(jiao)高的(de)壓應力，使(shi)結(jie)合層的(de)焊合質量得到(dao)提高。因此(ci)，在(zai)復合管的(de)生產中(zhong)，采用擠壓法(fa)和(he)拉(la)拔(ba)法(fa)以及皮爾格軋制(zhi)(zhi)法(fa)進行(xing)變形。由于橫軋或螺旋軋制(zhi)(zhi)金屬在(zai)變形過程(cheng)(cheng)中(zhong)存在(zai)切(qie)向拉(la)應力，因此(ci)不能(neng)采用這兩種方法(fa)。

  5. 塑性變形時的接觸(chu)表(biao)面和溫度

   兩(liang)層不(bu)(bu)同(tong)材料結(jie)合(he)表面的增大，對于在(zai)各層同(tong)時變形(xing)過程中的焊(han)合(he)具有決(jue)定性的作用。因為，其形(xing)成的接觸表面具有很大的能量，而(er)兩(liang)層不(bu)(bu)同(tong)金屬結(jie)合(he)的最(zui)大強度是在(zai)高(gao)溫變形(xing)時獲得的。這(zhe)是因為多數金屬在(zai)高(gao)溫變形(xing)的條件下(xia)，塑性提高(gao)，且擴散也更迅速。

二、不(bu)銹鋼復合(he)管(guan)坯料的制造方法

1. 不銹(xiu)鋼復合(he)管的生產方法(fa)

  不銹鋼復合管的生產方法(fa)有多種，可(ke)以(yi)按(an)雙層坯(pi)料制造(zao)的方法(fa)來區分，也(ye)可(ke)以(yi)按(an)所采用(yong)的變形方法(fa)來區分。

  按照兩層(ceng)不(bu)同材料的結合方(fang)法，可將(jiang)復合管(guan)生產分為兩類，即(ji)以雙層(ceng)鑄坯、離心澆(jiao)鑄和爆炸(zha)成形(xing)(xing)等(deng)非變形(xing)(xing)方(fang)法和各種變形(xing)(xing)方(fang)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(shuang)層金屬(shu)(shu)坯(pi)料也(ye)可(ke)用離心澆鑄(zhu)的方法獲得(de)，然后經過擠壓(ya)或皮爾(er)格(ge)軋制(zhi)加工(gong)成雙(shuang)層金屬(shu)(shu)復合成品(pin)鋼管(guan)。

  采用(yong)爆炸成型(xing)方(fang)法(fa)使兩層(ceng)不(bu)同金屬結(jie)合時，其(qi)結(jie)合不(bu)僅是(shi)爆炸波作用(yong)的結(jie)果(guo)，也是(shi)輻射加熱(re)的結(jie)果(guo)。

 b. 變(bian)形法獲得復(fu)合管

  采用變形方(fang)(fang)法(fa)使兩層金屬結合的方(fang)(fang)法(fa)有：

  ①. 互相插入不(bu)同材(cai)料的空(kong)心(xin)管坯組(zu)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. 不銹鋼復合管的(de)熱擠壓工藝試驗

  為了簡化工藝、改善復合管(guan)質(zhi)量，在(zai)立(li)式穿孔機(ji)上(shang)(shang)通過熱穿孔獲(huo)得(de)雙金屬坯料，然后在(zai)臥(wo)式擠壓機(ji)上(shang)(shang)通過熱擠壓方法獲(huo)得(de)雙層金屬毛管(guan)，最后在(zai)皮爾格軋(ya)管(guan)機(ji)上(shang)(shang)通過冷軋(ya)得(de)到雙金屬復合成品鋼管(guan)的(de)工藝試驗(yan)。

  將工頻(pin)感應加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)加(jia)(jia)熱(re)的(de)(de)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)送入(ru)(ru)立式(shi)穿(chuan)(chuan)孔機的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔筒內(nei)，在穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)上面固定(ding)有冷態的(de)(de)高合(he)(he)金(jin)鋼厚(hou)壁管。在坯(pi)(pi)料(liao)(liao)進(jin)行穿(chuan)(chuan)孔時(shi)，安置(zhi)在穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)上部的(de)(de)厚(hou)壁管坯(pi)(pi)裝(zhuang)入(ru)(ru)被(bei)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)穿(chuan)(chuan)出的(de)(de)內(nei)孔，形成雙金(jin)屬空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)內(nei)層(ceng)(ceng)。在確定(ding)被(bei)用來形成組合(he)(he)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)(de)厚(hou)壁管坯(pi)(pi)長度(du)時(shi)，應考慮到穿(chuan)(chuan)孔過程中空心(xin)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)高度(du)會有所增(zeng)加(jia)(jia)（圖(tu)6-11),穿(chuan)(chuan)孔成的(de)(de)雙層(ceng)(ceng)金(jin)屬坯(pi)(pi)料(liao)(liao)再(zai)經(jing)工頻(pin)感應再(zai)加(jia)(jia)熱(re)爐(lu)再(zai)加(jia)(jia)熱(re)到擠(ji)壓溫度(du)并擠(ji)壓成雙金(jin)屬復(fu)合(he)(he)管。用該工藝獲得(de)的(de)(de)雙金(jin)屬復(fu)合(he)(he)管坯(pi)(pi)，大大地減少了(le)基(ji)層(ceng)(ceng)和(he)復(fu)合(he)(he)層(ceng)(ceng)之間氧化膜(mo)的(de)(de)形成，改善了(le)兩層(ceng)(ceng)不同(tong)金(jin)屬間的(de)(de)結合(he)(he)質量。

  具有(you)耐(nai)蝕鋼(gang)(gang)內層的原始組合坯料和不銹(xiu)鋼(gang)(gang)復(fu)合管的材料及尺寸配合情況(kuang)見表6-7。通過(guo)擠壓(ya)可(ke)獲得規格(ge)為(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的復(fu)合管。其中，φ95mm×7mm 鋼(gang)(gang)管在(zai)皮爾格(ge)軋機(ji)上可(ke)冷軋出規格(ge)為(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)復(fu)合鋼(gang)(gang)管；ф86mm×4mm 鋼(gang)(gang)管加熱后進入13機(ji)架（微）張力定（減(jian)）徑機(ji)，減(jian)徑成規格(ge)為(wei)Φ45mm×3.5mm的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)復(fu)合鋼(gang)(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. 不銹鋼復合管變形時雙層結合表(biao)面的增加

  不銹鋼(gang)復合管雙(shuang)層的(de)焊合質量在很大(da)程度上(shang)與變(bian)(bian)形(xing)(xing)時附著表面(mian)的(de)增加有(you)關。把表面(mian)增加程度定義為伸長(chang)率入變(bian)(bian)形(xing)(xing)后的(de)表面(mian)與原始表面(mian)的(de)比值(zhi)。因此(ci)，復合管外表面(mian)增加程度為：

  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。

  實踐證明，在采(cai)用壓力(li)加工(gong)方法生產不銹鋼復合管時，由于變形程度保證了原始的結合表面積至少增加了8倍，使(shi)得兩層不同材料能充分地(di)焊合。

4. 不銹鋼復合管的內表(biao)面質量

當不銹耐酸鋼復合管與(yu)腐(fu)蝕(shi)介質接(jie)觸時，表(biao)(biao)面顯微(wei)不平度將嚴(yan)重影(ying)響(xiang)到其腐(fu)蝕(shi)速度（表(biao)(biao)6-8)。

從表(biao)6-8可以(yi)看(kan)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. 在相同的加工條件下，復合管橫向(xiang)上的表面顯微不平度比(bi)縱(zong)向(xiang)的大。

  c. 不銹鋼復合(he)管(guan)在皮爾格冷軋管(guan)機上冷軋后，可降低復合(he)管(guan)的顯微(wei)不平度(du)，同時(shi)也減小(xiao)了(le)粗糙度(du)的離散程度(du)。

5. 不銹鋼復合(he)管(guan)基(ji)體材料內(nei)碳(tan)的擴散

   不銹(xiu)鋼復(fu)合管基體材料內(nei)碳的(de)擴(kuo)散層深度見(jian)表6-9.

   從表6-9中(zhong)可(ke)以看(kan)出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復合(he)管(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深度，在(zai)擠壓和(he)冷(leng)軋(ya)(ya)后(hou)為0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)(guan)在(zai)冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)930℃熱(re)處(chu)(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復合(he)管(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)關(guan)系是(shi)類似的(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復合(he)管(guan)(guan)經皮(pi)爾(er)格軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機冷(leng)軋(ya)(ya)＋兩次930℃熱(re)處(chu)(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)變得特(te)別深。如果不形成柱狀晶(jing)組(zu)織(zhi)，則在(zai)結(jie)合(he)層(ceng)(ceng)表面附(fu)近擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)區域的(de)(de)寬(kuan)度為0.4mm.由于基(ji)體材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)形成的(de)(de)碳(tan)(tan)化物(wu)，包括鉻(ge)和(he)鉬的(de)(de)碳(tan)(tan)化物(wu)，碳(tan)(tan)向(xiang)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)減少(shao)。0Cr17Ti+35鋼(gang)復合(he)管(guan)(guan)含有1%的(de)(de)鈦，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(chang)明顯；在(zai)軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機上(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)和(he)熱(re)處(chu)(chu)理后(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深度比(bi)同(tong)類的(de)(de)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)(de)要(yao)小。當在(zai)擠壓＋軋(ya)(ya)制(zhi)或皮(pi)爾(er)格軋(ya)(ya)管(guan)(guan)機上(shang)冷(leng)軋(ya)(ya)＋870℃下(xia)熱(re)處(chu)(chu)理，則擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)的(de)(de)寬(kuan)度為0.30~0.38mm,同(tong)時在(zai)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)方向(xiang)上(shang)形成了定向(xiang)排列的(de)(de)柱狀晶(jing)。

  含高鈦和(he)鉻的復合(he)層材料熱處理時，由于合(he)金元素使活性降低，從基體鋼中(zhong)接(jie)收碳的傾向較(jiao)高。

6. 不銹鋼厚壁(bi)復合管的(de)擠壓

 為(wei)(wei)了獲得小直徑(jing)的不(bu)銹鋼厚壁(bi)復合管（如內徑(jing)為(wei)(wei)10~15mm、壁(bi)厚為(wei)(wei)10mm),采用帶不(bu)固定芯棒(bang)的坯料擠壓(ya)工藝是較為(wei)(wei)理想的選擇。芯棒(bang)采用塑性的鋼質芯桿。

  例如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層(ceng)金(jin)屬坯料(liao)經一次(ci)擠(ji)壓(ya)成ф26mm復合(he)管，外層(ceng)基體金(jin)屬為55CrNiMoV鋼(gang)，內(nei)部復合(he)層(ceng)金(jin)屬為1Cr24Al鋼(gang)。從擠(ji)壓(ya)后壓(ya)余的(de)縱向(xiang)(xiang)和徑向(xiang)(xiang)截面可以(yi)看出，在變形時所有三層(ceng)材料(liao)的(de)金(jin)屬流動是對稱的(de)（圖6-13).

  采用熱擠壓(ya)工(gong)藝生產(chan)不(bu)銹鋼(gang)復合(he)管時，鋼(gang)質芯棒也發生塑性變形，結(jie)合(he)層(ceng)表面(mian)增加(jia)(jia)程度與(yu)外表面(mian)增加(jia)(jia)程度幾乎相等。