碳钢/不锈钢金属复合管是目前用量最大、应用最广的复合管,我国工业化生产碳钢/不锈钢无缝冶金复合管的主要工艺包括:爆炸焊接、离心铸造、液压胀接等。其中,爆炸焊接薄壁管极易破裂,离心铸造的管径、壁厚、长度均受模具制约,液压胀接复合管结合强度不高,高温、高压等极端工况下易失效。针对现有制备技术瓶颈,本课题提出了一种三辊波平斜轧的新工艺,开展其技术原理研究。传统三辊斜轧工艺具备高效节能、管材尺寸多样化且精度高、成品质量好等优点。本文在传统三辊斜轧工艺的基础上,开展错距和非错距波纹辊的设计,主要内容包括波纹辊不同锥面体的长度、角度,以及特殊波形的弦长、波高等重要参数的确定;在此基础上,基于波纹辊与轧件运动学关系、滑移经验公式,确定了错距波纹辊波纹所在辊面与轧件相对运动时产生的轴向滑移系数和切向滑移系数,推导出复合管受复杂三向应力作用下,轴向运动变形的送进距离理论值4.4 mm,与有限元结果4.1 mm较吻合,进而确定了波形位于三个错距波纹辊上的具体空间方位,实现了波纹辊辊型优化设计。采用ABAQUS有限元数值模拟软件,分别建立了三辊波平错距和非错距斜轧工艺的有限元模型。三辊波平非错距斜轧工艺有限元模拟结果表明,波纹辊能够有效地提高复合管的挤压变形量,解决异种难变形金属变形不协调的问题,在波纹压痕和结合界面处出现明显的应力和应变集中现象;由于利用三辊波平非错距斜轧工艺制备薄壁小径复合管存在大面积波纹局部挤压变形现象,大压下易引发复合管产生裂纹、波纹紊乱、“尾三角”剧烈等缺陷,而三辊波平错距斜轧工艺能够轧制出三道次同一路径的唯一波纹压痕,减少了大面积波纹压痕现象,同时各道次挤压变形量递增,使得波纹结合界面的界面应力小幅下降3～5 MPa。采用响应面试验设计法对三辊波平非错距斜轧工艺进行了分析优化。结果表明,在单因素中,轧制温度、减壁率、波纹形状对响应目标界面强度的影响程度较大,而轧辊转速影响较小;通过等高线图和三维椭圆图发现,两因素交互作用中,减壁率与轧制温度间的交互作用对界面强度有显著影响,其余因素间的交互作用较小;当轧制温度为1100℃、轧辊转速为97.3 r/min、压下率为18%以及波纹形状为正弦函数形时,最优界面强度响应值为1.501,与有限元结果1.493吻合。通过YM-80三辊斜轧机组初步制备了45碳钢/316不锈钢双金属复合管,结果表明复合管表面无明显裂纹、凹坑、螺旋纹等缺陷且端部圆整度高;通过轧制前后碳钢和不锈钢的金相组织对比发现,轧后碳钢组织中的铁素体和珠光体晶粒得到细化,使得金属管力学性能得到改善,且轧后不锈钢层发生动态和静态再结晶现象,导致晶粒长大和再结晶晶粒的生成;此外,当组合坯采用两端焊接方式时,内外管受复杂三向应力作用下能够实现协调变形,而仅咬入端焊接时内外管出现明显的轴向延伸不一致现象,变形协调性差。本课题围绕45钢/316不锈钢金属复合管三辊波平斜轧的工艺设计及优化、复合管成形规律以及实验探索等方面进行了系统研究,为双金属复合管的制备提供了新思路。