随着各国对能源需求的提高,中国石油开发正逐步地向深井、高腐蚀的环境发展。采用单一耐蚀合金材料成本昂贵,为节约合金元素降低成本,延长管道的使用寿命,双金属复合管备受青睐。碳钢/不锈钢复合管内层为不锈钢、外层为碳钢,兼具不锈钢耐腐蚀、抗氧化,以及碳钢低成本和良好的焊接性能,具有较高的性价比。冶金结合的不锈钢复合管界面结合强度高、承压能力强、服役寿命长,但制造工艺复杂、设备投入大、生产成本高,故开发新的复合工艺具有显著的经济和社会效益。本文开发了液固浇铸制备不锈钢-碳钢复合钢管工艺。首先在氩气保护状态下,采用液固浇铸制备SUS304不锈钢/Q235钢复合管坯,然后对复合管坯进行锻造加工。利用OM、SEM观察复合管坯和管材的界面形貌和显微组织,采用EDS分析界面元素扩散,通过界面区显微硬度测试和剪切强度测试评价界面结合性能,分析工艺参数对界面结合质量的影响规律。结果表明,采用氩气保护浇铸可以制备出界面无缝隙、无气孔等缺陷的复合管坯,界面达到良好的冶金结合,剪切强度达到324.6 MPa。在复合界面处形成一个富铬碳化物的增铬区,在碳钢侧形成一个脱碳区,Cr元素从不锈钢侧向碳钢侧扩散,在碳钢形成一个增铬区。对复合管坯进行四道次的锻造,制得复合管材,随着锻造次数的增加,累计壁厚压下率增加,不锈钢/碳钢界面仍由增碳区、增铬区以及脱碳区组成,增铬区与脱碳区宽度变窄以及增碳区宽度变宽。累计壁厚压下率为42.3%时,复合管材内部的晶粒的尺寸由铸造组织的120μm细化到9μm,界面结合强度提高,剪切强度达到349.4 MPa。硬度测试结果表明,锻造试样与浇铸试样的硬度整体趋势一致,锻造后的试样由于晶粒细化,整体硬度要高于浇铸试样。在不锈钢侧富含大量碳化物的增碳区硬度最高,可以达到460 HV。在碳钢侧的脱碳区硬度最低,主要原因是脱碳导致组织为大量粗大铁素体组成,可以低至140 HV,增铬区的硬度值为240 HV,为增碳区与脱碳区的过渡值,锻造后的碳钢基体硬度可以达到173 HV。