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(yi)、影響兩層不同材料(liao)結合的(de)因素

 在(zai)制造不銹鋼(gang)復合管(guan)時，影(ying)響兩層不同材(cai)料結(jie)合的主要因素為：

  1. 結(jie)合表面(mian)的(de)精確裝(zhuang)配(pei)及其實際接觸面(mian)積的(de)大小

    與結合(he)表(biao)面(mian)(mian)的(de)精確對正及(ji)其有效接觸(chu)面(mian)(mian)積的(de)大小有關的(de)是表(biao)面(mian)(mian)能、表(biao)面(mian)(mian)氧化(hua)(hua)膜，結晶(jing)取向、缺(que)、、缺(que)陷（如位移、晶(jing)界(jie)、各相的(de)相對位置、顯微裂紋等）。物理(li)(li)化(hua)(hua)學(xue)研究表(biao)明，幾何的(de)理(li)(li)想表(biao)面(mian)(mian)與物理(li)(li)真實的(de)兩層接觸(chu)表(biao)面(mian)(mian)大小的(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬(shu)的化學(xue)成(cheng)分(fen)

   鋼中添加合(he)(he)金元素可降低接(jie)觸(chu)層的(de)焊合(he)(he)能(neng)力。

  3. 表(biao)面(mian)層和中間層的表(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. 結合層表面的(de)應力(li)狀態

   在(zai)變形(xing)(xing)過程中，兩(liang)層不(bu)同金屬(shu)的接觸(chu)表面不(bu)僅明顯增大，而且接觸(chu)表面上(shang)有較(jiao)高的壓應(ying)力，使結合(he)層的焊合(he)質量(liang)得到提高。因此(ci)，在(zai)復(fu)合(he)管的生產中，采(cai)用(yong)擠壓法(fa)(fa)和拉拔法(fa)(fa)以及皮爾格軋制(zhi)法(fa)(fa)進(jin)行(xing)變形(xing)(xing)。由(you)于橫軋或(huo)螺旋軋制(zhi)金屬(shu)在(zai)變形(xing)(xing)過程中存(cun)在(zai)切向拉應(ying)力，因此(ci)不(bu)能采(cai)用(yong)這兩(liang)種(zhong)方法(fa)(fa)。

  5. 塑性變形時的接觸表面和(he)溫度

   兩(liang)層不同(tong)材(cai)料結(jie)合表(biao)面(mian)的(de)增(zeng)大(da)，對于在各層同(tong)時變(bian)形(xing)(xing)過程中的(de)焊合具(ju)有決(jue)定性(xing)的(de)作(zuo)用(yong)。因為，其(qi)形(xing)(xing)成的(de)接觸表(biao)面(mian)具(ju)有很大(da)的(de)能量，而兩(liang)層不同(tong)金屬結(jie)合的(de)最大(da)強(qiang)度是(shi)(shi)在高溫變(bian)形(xing)(xing)時獲得的(de)。這是(shi)(shi)因為多數金屬在高溫變(bian)形(xing)(xing)的(de)條件下，塑性(xing)提高，且擴散也更(geng)迅速。

二、不銹鋼復合管坯料的(de)制造方法

1. 不銹鋼(gang)復(fu)合管的生(sheng)產(chan)方法

  不(bu)銹鋼復合(he)管的生產方法有多(duo)種，可以按雙層坯料(liao)制(zhi)造的方法來區分(fen)，也可以按所采用的變(bian)形方法來區分(fen)。

  按(an)照兩層(ceng)不同材料的結(jie)合(he)(he)方(fang)法(fa)，可將復合(he)(he)管生產(chan)分為兩類，即(ji)以(yi)雙層(ceng)鑄(zhu)坯、離心澆鑄(zhu)和爆炸成形(xing)(xing)等非變形(xing)(xing)方(fang)法(fa)和各(ge)種(zhong)變形(xing)(xing)方(fang)法(fa)。

   a. 非(fei)變形法獲得(de)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)層金屬坯料也(ye)可用離心澆鑄的方法獲得，然后經(jing)過擠壓或皮爾格軋制加(jia)工成雙(shuang)層金屬復合成品(pin)鋼管。

  采用爆炸成型方法使兩層不同金屬(shu)結(jie)合時，其(qi)結(jie)合不僅是(shi)(shi)爆炸波作用的結(jie)果，也是(shi)(shi)輻射加熱(re)的結(jie)果。

 b. 變形法獲得復(fu)合管(guan)

  采用變形方法使兩(liang)層金屬結合的(de)方法有：

  ①. 互相(xiang)插入不同材料的空(kong)心管坯(pi)組合而成(cheng)的擠壓坯(pi)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(gong)藝(yi)試驗

  為了簡化(hua)工(gong)藝、改善復合(he)管(guan)質量，在立式穿孔(kong)機(ji)上通(tong)過(guo)(guo)(guo)熱穿孔(kong)獲(huo)得雙(shuang)金(jin)屬(shu)(shu)坯料，然后在臥式擠壓機(ji)上通(tong)過(guo)(guo)(guo)熱擠壓方法獲(huo)得雙(shuang)層金(jin)屬(shu)(shu)毛管(guan)，最后在皮爾(er)格軋管(guan)機(ji)上通(tong)過(guo)(guo)(guo)冷(leng)軋得到雙(shuang)金(jin)屬(shu)(shu)復合(he)成(cheng)品(pin)鋼管(guan)的工(gong)藝試驗。

  將工頻(pin)感應(ying)加(jia)(jia)熱爐加(jia)(jia)熱的(de)(de)坯(pi)料送入立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內(nei)，在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)上面(mian)固定有(you)冷態的(de)(de)高(gao)合金(jin)(jin)鋼厚壁(bi)管(guan)(guan)。在(zai)(zai)坯(pi)料進行穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，安(an)置(zhi)在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭上部的(de)(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)裝(zhuang)入被穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭穿(chuan)(chuan)出的(de)(de)內(nei)孔(kong)(kong)(kong)，形成雙(shuang)(shuang)金(jin)(jin)屬(shu)空心坯(pi)的(de)(de)內(nei)層。在(zai)(zai)確定被用來形成組合坯(pi)料內(nei)層的(de)(de)厚壁(bi)管(guan)(guan)坯(pi)長度(du)(du)時(shi)，應(ying)考(kao)慮到穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中空心坯(pi)料的(de)(de)高(gao)度(du)(du)會有(you)所增加(jia)(jia)（圖6-11),穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)成的(de)(de)雙(shuang)(shuang)層金(jin)(jin)屬(shu)坯(pi)料再(zai)經工頻(pin)感應(ying)再(zai)加(jia)(jia)熱爐再(zai)加(jia)(jia)熱到擠壓(ya)溫度(du)(du)并(bing)擠壓(ya)成雙(shuang)(shuang)金(jin)(jin)屬(shu)復(fu)合管(guan)(guan)。用該(gai)工藝獲(huo)得的(de)(de)雙(shuang)(shuang)金(jin)(jin)屬(shu)復(fu)合管(guan)(guan)坯(pi)，大(da)大(da)地減少(shao)了(le)(le)基(ji)層和復(fu)合層之間(jian)氧化膜的(de)(de)形成，改善了(le)(le)兩(liang)層不同金(jin)(jin)屬(shu)間(jian)的(de)(de)結合質量。

  具有耐蝕鋼(gang)內層的(de)原始組合(he)(he)坯料(liao)和(he)不銹鋼(gang)復(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)的(de)材(cai)料(liao)及尺寸配合(he)(he)情況見(jian)表6-7。通(tong)過擠壓可獲得規(gui)格為φ95mm×7mm和(he)φ86mm×4mm的(de)復(fu)合(he)(he)管(guan)(guan)。其中(zhong)，φ95mm×7mm 鋼(gang)管(guan)(guan)在皮爾格軋機上(shang)可冷(leng)軋出規(gui)格為φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的(de)不銹鋼(gang)復(fu)合(he)(he)鋼(gang)管(guan)(guan)；ф86mm×4mm 鋼(gang)管(guan)(guan)加熱后(hou)進入13機架（微）張力定（減）徑機，減徑成規(gui)格為Φ45mm×3.5mm的(de)不銹鋼(gang)復(fu)合(he)(he)鋼(gang)管(guan)(guan)。

  擠(ji)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(he)管變(bian)形時雙層結合(he)表面(mian)的增加

  不(bu)銹鋼復合管(guan)雙層的(de)焊合質量在(zai)很大程(cheng)度(du)上(shang)與變(bian)形時附著表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)增加有關。把表(biao)(biao)面(mian)(mian)增加程(cheng)度(du)定(ding)義為伸長率入(ru)變(bian)形后的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)與原(yuan)始表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)比值。因此(ci)，復合管(guan)外(wai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)增加程(cheng)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。

  實踐證明(ming)，在(zai)采(cai)用壓力加工(gong)方法生產不銹(xiu)鋼復合管時(shi)，由于變(bian)形程度(du)保證了(le)原始的(de)結合表面積至少增加了(le)8倍，使得兩層不同材料(liao)能充分地焊合。

4. 不銹鋼復(fu)合(he)管的內表面質(zhi)量

當不銹耐酸鋼復(fu)合管與腐蝕介(jie)質接觸時，表面顯(xian)微不平度(du)將嚴重(zhong)影響(xiang)到其(qi)腐蝕速度(du)（表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(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(tong)的加工條件下，復合管(guan)橫向(xiang)上的表(biao)面顯微不(bu)平度比縱向(xiang)的大(da)。

  c. 不銹鋼復(fu)合(he)管在皮爾格冷軋(ya)管機上冷軋(ya)后，可降低(di)復(fu)合(he)管的(de)顯微不平度，同(tong)時也減小了(le)粗糙(cao)度的(de)離散程度。

5. 不(bu)銹鋼復合管基體材料(liao)內(nei)碳的擴散(san)

   不銹(xiu)鋼復合管(guan)基(ji)體材料內碳(tan)的擴散層(ceng)深(shen)度見表6-9.

   從表6-9中可以(yi)看出，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)管(guan)(guan)中碳的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)層深(shen)度，在(zai)擠壓和(he)冷(leng)軋后為(wei)(wei)0.07~0.10mm,鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)在(zai)冷(leng)軋和(he)930℃熱(re)處(chu)理后，擴(kuo)(kuo)散(san)值增大(da)到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)管(guan)(guan)中碳的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)層關系是類似的(de)(de)(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)合(he)管(guan)(guan)經皮(pi)爾格軋管(guan)(guan)機冷(leng)軋＋兩次930℃熱(re)處(chu)理后，擴(kuo)(kuo)散(san)層變得特別深(shen)。如(ru)果不形成(cheng)(cheng)柱狀(zhuang)晶組織，則在(zai)結合(he)層表面附近(jin)擴(kuo)(kuo)散(san)區域的(de)(de)(de)寬度為(wei)(wei)0.4mm.由于基體材(cai)(cai)料中形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)碳化物，包括(kuo)鉻和(he)鉬(mu)的(de)(de)(de)碳化物，碳向復(fu)合(he)材(cai)(cai)料中的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)減(jian)少。0Cr17Ti+35鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)管(guan)(guan)含(han)有1%的(de)(de)(de)鈦，基體材(cai)(cai)料中的(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)層非(fei)常(chang)明顯；在(zai)軋管(guan)(guan)機上冷(leng)軋和(he)熱(re)處(chu)理后，擴(kuo)(kuo)散(san)層深(shen)度比(bi)同類的(de)(de)(de)復(fu)合(he)材(cai)(cai)料0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)(de)(de)要小。當在(zai)擠壓＋軋制或皮(pi)爾格軋管(guan)(guan)機上冷(leng)軋＋870℃下熱(re)處(chu)理，則擴(kuo)(kuo)散(san)層的(de)(de)(de)寬度為(wei)(wei)0.30~0.38mm,同時在(zai)擴(kuo)(kuo)散(san)方向上形成(cheng)(cheng)了定(ding)向排列的(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶。

  含(han)高鈦和鉻的(de)復合(he)層材料熱處理時(shi)，由于(yu)合(he)金(jin)元素(su)使活性降低，從(cong)基(ji)體鋼(gang)中接(jie)收碳的(de)傾(qing)向較高。

6. 不(bu)銹鋼厚壁(bi)復合(he)管的擠壓(ya)

 為(wei)了(le)獲得小直徑(jing)的不銹鋼厚壁復合(he)管（如內(nei)徑(jing)為(wei)10~15mm、壁厚為(wei)10mm),采用帶不固定芯棒(bang)的坯料(liao)擠(ji)壓工藝(yi)是較為(wei)理想的選(xuan)擇。芯棒(bang)采用塑性的鋼質芯桿。

  例如(ru)，采用1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將φ145mm雙層金(jin)(jin)屬(shu)坯料經一次擠(ji)壓(ya)成ф26mm復合(he)管，外層基體金(jin)(jin)屬(shu)為(wei)55CrNiMoV鋼，內部復合(he)層金(jin)(jin)屬(shu)為(wei)1Cr24Al鋼。從擠(ji)壓(ya)后壓(ya)余的(de)縱向和徑向截面可以看出(chu)，在變形時所有三層材料的(de)金(jin)(jin)屬(shu)流動是對稱(cheng)的(de)（圖6-13).

  采(cai)用(yong)熱擠壓工藝生產不銹(xiu)鋼復合管時，鋼質芯棒也發生塑性變形(xing)，結合層(ceng)表面增加程(cheng)度與外表面增加程(cheng)度幾乎相(xiang)等。