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(bu)同材料結(jie)合的(de)因素

 在制造(zao)不銹鋼復合管時(shi)，影響兩層不同材料(liao)結(jie)合的(de)主要因素(su)為(wei)：

  1. 結合(he)表面(mian)的精確裝配及其實際接觸面(mian)積的大小

    與結合表(biao)面的(de)(de)精(jing)確對正及其有效接觸(chu)面積的(de)(de)大小(xiao)有關(guan)的(de)(de)是(shi)表(biao)面能(neng)、表(biao)面氧化膜，結晶(jing)取向、缺(que)、、缺(que)陷(xian)（如位(wei)移、晶(jing)界、各(ge)相的(de)(de)相對位(wei)置、顯(xian)微裂紋等）。物理(li)(li)化學研究表(biao)明，幾(ji)何(he)的(de)(de)理(li)(li)想(xiang)表(biao)面與物理(li)(li)真實的(de)(de)兩(liang)層接觸(chu)表(biao)面大小(xiao)的(de)(de)比值可取1:50~1:12。

  2. 金屬的(de)化(hua)學成(cheng)分

   鋼中添(tian)加合金元素可降(jiang)低(di)接觸層的焊合能力(li)。

  3. 表面層和中(zhong)間層的(de)表面質(zhi)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. 結合層表面的應力狀態(tai)

   在(zai)(zai)變形過程(cheng)中(zhong)，兩層(ceng)不同金屬(shu)的(de)接觸表(biao)面(mian)(mian)不僅明顯增(zeng)大(da)，而且接觸表(biao)面(mian)(mian)上有較(jiao)高的(de)壓(ya)應力(li)，使結合(he)層(ceng)的(de)焊(han)合(he)質量得到(dao)提高。因此，在(zai)(zai)復合(he)管的(de)生(sheng)產中(zhong)，采用(yong)擠壓(ya)法(fa)(fa)和拉拔法(fa)(fa)以及皮爾格軋制(zhi)法(fa)(fa)進行變形。由于橫軋或螺(luo)旋軋制(zhi)金屬(shu)在(zai)(zai)變形過程(cheng)中(zhong)存在(zai)(zai)切(qie)向拉應力(li)，因此不能采用(yong)這兩種方法(fa)(fa)。

  5. 塑性(xing)變(bian)形時的接觸(chu)表面和(he)溫(wen)度

   兩(liang)層不(bu)同(tong)材料結合表(biao)面的(de)增大(da)，對于在(zai)各層同(tong)時(shi)變(bian)(bian)形(xing)過程中的(de)焊合具有決定性的(de)作用。因(yin)(yin)為(wei)，其形(xing)成的(de)接觸表(biao)面具有很大(da)的(de)能(neng)量(liang)，而兩(liang)層不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)結合的(de)最大(da)強(qiang)度是(shi)在(zai)高(gao)溫(wen)變(bian)(bian)形(xing)時(shi)獲得的(de)。這是(shi)因(yin)(yin)為(wei)多(duo)數金(jin)屬(shu)在(zai)高(gao)溫(wen)變(bian)(bian)形(xing)的(de)條件下，塑性提高(gao)，且擴散(san)也更迅速(su)。

二、不銹(xiu)鋼復合管坯(pi)料(liao)的制造方法

1. 不銹鋼復合管(guan)的生產方法

  不銹鋼復合(he)管的生產方法有多種，可(ke)以按雙層(ceng)坯(pi)料制(zhi)造的方法來(lai)區分，也可(ke)以按所采(cai)用的變形方法來(lai)區分。

  按照兩層(ceng)不同材料的結合(he)方(fang)法(fa)，可將復合(he)管生產分為(wei)兩類(lei)，即以雙層(ceng)鑄坯、離心澆鑄和爆炸(zha)成形(xing)(xing)等(deng)非變(bian)形(xing)(xing)方(fang)法(fa)和各種(zhong)變(bian)形(xing)(xing)方(fang)法(fa)。

   a. 非變形法獲得復(fu)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(shu)坯(pi)料也可用離心澆鑄(zhu)的方法(fa)獲得，然后(hou)經(jing)過擠壓或(huo)皮爾格軋(ya)制加工成雙層金(jin)屬(shu)復合成品(pin)鋼管。

  采用爆炸(zha)成型方法使兩層不(bu)同(tong)金(jin)屬(shu)結合時，其結合不(bu)僅是(shi)爆炸(zha)波作用的結果，也是(shi)輻射加熱的結果。

 b. 變(bian)形法(fa)獲得復合(he)管

  采(cai)用變形方法(fa)使兩層金屬結(jie)合(he)的方法(fa)有：

  ①. 互相插入不同材(cai)料(liao)的空(kong)心管坯組合而成(cheng)的擠壓(ya)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(he)管的(de)熱(re)擠壓工藝試驗

  為(wei)了簡化(hua)工(gong)藝、改善復(fu)合管質量，在(zai)立式穿孔機(ji)上通過(guo)熱(re)穿孔獲得(de)雙金(jin)屬坯料(liao)，然(ran)后在(zai)臥(wo)式擠壓機(ji)上通過(guo)熱(re)擠壓方法(fa)獲得(de)雙層金(jin)屬毛管，最后在(zai)皮爾格(ge)軋(ya)管機(ji)上通過(guo)冷軋(ya)得(de)到雙金(jin)屬復(fu)合成品鋼(gang)管的(de)工(gong)藝試(shi)驗。

  將(jiang)工頻感應(ying)加(jia)(jia)熱(re)爐加(jia)(jia)熱(re)的(de)坯(pi)(pi)料送入立式穿孔(kong)(kong)(kong)機的(de)穿孔(kong)(kong)(kong)筒內(nei)，在穿孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)上(shang)面(mian)固定有(you)冷(leng)態的(de)高合(he)金(jin)鋼厚(hou)壁(bi)管。在坯(pi)(pi)料進行穿孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，安置在穿孔(kong)(kong)(kong)頭上(shang)部的(de)厚(hou)壁(bi)管坯(pi)(pi)裝入被(bei)穿孔(kong)(kong)(kong)頭穿出(chu)的(de)內(nei)孔(kong)(kong)(kong)，形(xing)成(cheng)(cheng)雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)空(kong)心坯(pi)(pi)的(de)內(nei)層(ceng)(ceng)。在確定被(bei)用(yong)來形(xing)成(cheng)(cheng)組合(he)坯(pi)(pi)料內(nei)層(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)壁(bi)管坯(pi)(pi)長(chang)度(du)(du)時(shi)，應(ying)考(kao)慮到穿孔(kong)(kong)(kong)過程中空(kong)心坯(pi)(pi)料的(de)高度(du)(du)會(hui)有(you)所增加(jia)(jia)（圖6-11),穿孔(kong)(kong)(kong)成(cheng)(cheng)的(de)雙(shuang)(shuang)層(ceng)(ceng)金(jin)屬(shu)坯(pi)(pi)料再經工頻感應(ying)再加(jia)(jia)熱(re)爐再加(jia)(jia)熱(re)到擠(ji)壓溫度(du)(du)并擠(ji)壓成(cheng)(cheng)雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)復(fu)合(he)管。用(yong)該工藝獲得的(de)雙(shuang)(shuang)金(jin)屬(shu)復(fu)合(he)管坯(pi)(pi)，大大地(di)減少了(le)(le)基層(ceng)(ceng)和復(fu)合(he)層(ceng)(ceng)之間氧化(hua)膜的(de)形(xing)成(cheng)(cheng)，改善了(le)(le)兩層(ceng)(ceng)不同(tong)金(jin)屬(shu)間的(de)結合(he)質(zhi)量。

  具有耐(nai)蝕(shi)鋼(gang)內層的原始組(zu)合(he)坯料和不銹鋼(gang)復合(he)管的材料及尺(chi)寸配合(he)情況見(jian)表6-7。通(tong)過擠(ji)壓可獲得規(gui)格(ge)為(wei)(wei)φ95mm×7mm和φ86mm×4mm的復合(he)管。其(qi)中，φ95mm×7mm 鋼(gang)管在皮(pi)爾格(ge)軋(ya)機(ji)上可冷軋(ya)出規(gui)格(ge)為(wei)(wei)φ61mm×4mm、φ38mm×3mm的不銹鋼(gang)復合(he)鋼(gang)管；ф86mm×4mm 鋼(gang)管加熱(re)后進(jin)入13機(ji)架（微）張力定（減）徑機(ji)，減徑成(cheng)規(gui)格(ge)為(wei)(wei)Φ45mm×3.5mm的不銹鋼(gang)復合(he)鋼(gang)管。

  擠壓不銹鋼(gang)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(gang)復合(he)管變形時(shi)雙層結合(he)表面的增加(jia)

  不銹鋼復(fu)合管雙層的(de)(de)焊合質量在(zai)很大程(cheng)度上與(yu)變(bian)形(xing)時附(fu)著表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)增(zeng)加有關。把(ba)表面(mian)(mian)(mian)增(zeng)加程(cheng)度定義為(wei)伸長率入變(bian)形(xing)后(hou)的(de)(de)表面(mian)(mian)(mian)與(yu)原始表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)比值。因(yin)此，復(fu)合管外表面(mian)(mian)(mian)增(zeng)加程(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(shi)踐證(zheng)(zheng)明，在采用(yong)壓力(li)加(jia)工方法生產不銹鋼復合管時，由于(yu)變形程度保證(zheng)(zheng)了原始的結(jie)合表面積(ji)至少增加(jia)了8倍(bei)，使得(de)兩層不同材料能充分地(di)焊(han)合。

4. 不銹(xiu)鋼復(fu)合管的內表面質量

當(dang)不銹耐(nai)酸鋼復(fu)合管(guan)與腐蝕介質接觸時，表面顯微不平度將(jiang)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響到其(qi)腐蝕速(su)度（表6-8)。

從(cong)表6-8可以看(kan)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. 在相同的加工(gong)條件下，復(fu)合管橫向上的表(biao)面(mian)顯(xian)微不平度比縱(zong)向的大。

  c. 不(bu)銹鋼復(fu)合(he)管(guan)在皮爾格冷軋管(guan)機上冷軋后，可降低(di)復(fu)合(he)管(guan)的顯微不(bu)平度，同時也(ye)減小了粗糙(cao)度的離(li)散程度。

5. 不銹鋼復合管基體材料內碳的擴散

   不銹鋼復(fu)合(he)管基體材料內(nei)碳的擴(kuo)散(san)層深度(du)見表6-9.

   從(cong)表6-9中(zhong)可(ke)以看出(chu)，06Cr18Ni11Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深(shen)度，在擠(ji)壓和冷(leng)軋(ya)后(hou)(hou)為0.07~0.10mm,鋼(gang)管(guan)(guan)在冷(leng)軋(ya)和930℃熱(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)值增大到0.12mm。05Cr17Ni13Ti+35 鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)中(zhong)碳(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)關(guan)系是類(lei)似(si)的(de)；06Cr18Ni11Ti+13Cr+13Cr4Mo4 復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)經皮爾格(ge)軋(ya)管(guan)(guan)機(ji)(ji)冷(leng)軋(ya)＋兩次930℃熱(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)變得特別深(shen)。如果不形(xing)成(cheng)柱狀(zhuang)晶組織，則在結合(he)層(ceng)(ceng)表面附(fu)近擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)區域的(de)寬(kuan)(kuan)度為0.4mm.由于基體材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)碳(tan)化物(wu)，包括(kuo)鉻和鉬的(de)碳(tan)化物(wu)，碳(tan)向(xiang)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)減少(shao)。0Cr17Ti+35鋼(gang)復(fu)(fu)合(he)管(guan)(guan)含有1%的(de)鈦，基體材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)非常(chang)明顯；在軋(ya)管(guan)(guan)機(ji)(ji)上冷(leng)軋(ya)和熱(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)深(shen)度比同類(lei)的(de)復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)0Cr17NiTi管(guan)(guan)的(de)要小。當在擠(ji)壓＋軋(ya)制或皮爾格(ge)軋(ya)管(guan)(guan)機(ji)(ji)上冷(leng)軋(ya)＋870℃下(xia)熱(re)處(chu)理(li)(li)，則擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)的(de)寬(kuan)(kuan)度為0.30~0.38mm,同時(shi)在擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)方(fang)向(xiang)上形(xing)成(cheng)了定向(xiang)排列的(de)柱狀(zhuang)晶。

  含高(gao)鈦和鉻的復(fu)合層材料熱處(chu)理時，由于合金(jin)元素使活性降低，從(cong)基體鋼中接收碳的傾向較(jiao)高(gao)。

6. 不銹鋼厚壁復(fu)合管的(de)擠壓

 為了獲得小(xiao)直徑(jing)的(de)不銹鋼(gang)厚壁復合管（如(ru)內徑(jing)為10~15mm、壁厚為10mm),采(cai)用(yong)帶不固定芯棒(bang)的(de)坯(pi)料擠(ji)壓(ya)工藝(yi)是較為理想的(de)選擇。芯棒(bang)采(cai)用(yong)塑性(xing)的(de)鋼(gang)質芯桿(gan)。

  例如，采(cai)用(yong)1Mn18Cr12V 塑性芯棒，將(jiang)φ145mm雙層金(jin)(jin)屬坯料(liao)經一次擠(ji)壓成(cheng)ф26mm復(fu)合管(guan)，外層基體(ti)金(jin)(jin)屬為(wei)55CrNiMoV鋼(gang)，內部(bu)復(fu)合層金(jin)(jin)屬為(wei)1Cr24Al鋼(gang)。從擠(ji)壓后壓余的縱向(xiang)和徑向(xiang)截面(mian)可以看出，在變(bian)形時所有(you)三(san)層材料(liao)的金(jin)(jin)屬流動是對稱的（圖6-13).

  采(cai)用熱擠壓工藝生(sheng)(sheng)產不銹鋼(gang)復合(he)管時，鋼(gang)質芯棒也發(fa)生(sheng)(sheng)塑性變形，結合(he)層表(biao)面增加(jia)(jia)程度與(yu)外(wai)表(biao)面增加(jia)(jia)程度幾乎相等。