對(duì)GB/T 31936—2015《焊接鋼管軋輥》的解讀

袁厚之，劉行一，張　凝

（山東省四方技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

對(duì)GB/T 31936—2015《焊接鋼管軋輥》的解讀

袁厚之，劉行一，張凝

（山東省四方技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

解讀了GB/T 31936—2015《焊接鋼管軋輥》標(biāo)準(zhǔn)。介紹了GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)的制訂背景；分析了焊接鋼管用軋輥的特性及選用原則；簡(jiǎn)述了該標(biāo)準(zhǔn)中選用的焊接鋼管用鍛造軋輥和鑄造軋輥材質(zhì)，并比較其力學(xué)性能、耐磨性、使用壽命等；指出了焊接鋼管用軋輥的主要技術(shù)指標(biāo)；說(shuō)明了標(biāo)準(zhǔn)中涉及的試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則等。

焊接鋼管；鍛造軋輥；鑄造軋輥；標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)比；選用

2015年9月16日，GB/T 31936—2015《焊接鋼管軋輥》正式發(fā)布。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂與發(fā)布在適應(yīng)和促進(jìn)焊接鋼管和焊接鋼管軋輥行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展、提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、規(guī)范市場(chǎng)準(zhǔn)入等方面具有重要意義。

1　GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)制訂的背景

以西氣東輸工程為標(biāo)志的天然氣管線和以西南成品油工程為標(biāo)志的成品油管線建設(shè)推進(jìn)了我國(guó)冶金行業(yè)和鋼管行業(yè)的新發(fā)展，一大批大、中直徑直縫焊接鋼管機(jī)組相繼引進(jìn)、新建。目前我國(guó)已有焊接鋼管生產(chǎn)線2 700余條，其中既有大量先進(jìn)機(jī)組，也有大量傳統(tǒng)機(jī)組。焊接鋼管軋輥需求呈現(xiàn)多樣化格局。目前，我國(guó)已成為世界第一大焊接鋼管生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)［1］，焊接鋼管軋輥消耗量最大。

焊接鋼管軋輥是焊接鋼管生產(chǎn)中最主要的工模具，服役條件惡劣，冷而硬的管坯靠軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力帶動(dòng)前進(jìn)，軋輥失效形式以磨損為主，同時(shí)劇烈摩擦產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此要求軋輥有抗熱裂性能；在冷彎變形過(guò)程中，軋輥工作面承受很大接觸應(yīng)力和管坯頭、尾部的反復(fù)沖擊，容易出現(xiàn)疲勞裂紋和剝落現(xiàn)象，因此要求軋輥有良好的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。焊接擠壓軋輥還要受到焊接高溫和冷卻水的激冷激熱作用。

國(guó)內(nèi)外焊接鋼管軋輥傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的材料均為合金鍛鋼。美國(guó)設(shè)計(jì)使用D2、H13；德國(guó)設(shè)計(jì)使用X155CrVMo12-1（或X165CrMoV12）、X40CrMoV5-1；日本設(shè)計(jì)使用SKD11、SKD61；1997年我國(guó)制訂的YB/T 128—1997《焊接鋼管軋輥技術(shù)條件》中軋輥材質(zhì)選用了GCr15、Cr12、Cr12MoV、35CrMoV、40Cr、4Cr5MoSiV1、3Cr2W 8V、65Mn；2008年我國(guó)制訂的GB/T 13314—2008《鍛鋼冷軋工作輥通用技術(shù)條件》中軋輥材質(zhì)選用了9Cr2、8Cr2MoV、9Cr2Mo、9Cr2MoV、9Cr3Mo、8Cr3MoV、8Cr5MoV，上述材質(zhì)主要適用于制造金屬板帶等冷軋機(jī)用的整體鍛造合金鋼冷軋工作輥及中間輥，9Cr2Mo、9Cr2MoV在焊接鋼管軋輥中也有使用。

焊接鋼管行業(yè)新發(fā)展初期隨機(jī)引進(jìn)了大量具有國(guó)際先進(jìn)水平的美國(guó)、德國(guó)、日本生產(chǎn)的鍛鋼軋輥，材質(zhì)為D2、X155CrVMo12-1、SKD11，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的鍛造Cr12Mo1V1；擠壓輥材質(zhì)為H13、X40CrMoV5-1、SKD61，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的鍛造4Cr5MoSiV1。而國(guó)內(nèi)仍停留在生產(chǎn)合金含量較低的GCr15、Cr12、9Cr2Mo、9Cr2MoV、3Cr2W8V等鍛鋼軋輥的水平，不能滿足大型焊接鋼管行業(yè)快速發(fā)展的需求。如國(guó)內(nèi)引進(jìn)最大的不銹鋼焊接鋼管生產(chǎn)機(jī)組使用傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)鍛鋼軋輥易黏鋼、易擦傷焊接鋼管表面，無(wú)法正常生產(chǎn)；國(guó)內(nèi)最大的排輥成型500 mm×500mm×20 mm方矩管機(jī)組，使用GCr15軋輥僅一個(gè)多月軋輥表面就磨損出多道凹陷，劃傷焊接鋼管。

Cr12Mo1V1（D2、X155CrVMo12-1、SKD11）是國(guó)際上廣泛應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)冷作模具鋼。21世紀(jì)初國(guó)內(nèi)就研制出冷軋板帶用鍛造Cr12Mo1V1軋輥以替代進(jìn)口；該軋輥的使用效果不僅達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品水平，且顯著提高鋼板的光亮度［2］。但是，目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)生產(chǎn)焊接鋼管用鍛造Cr12Mo1V1軋輥的報(bào)道，只有生產(chǎn)直徑∧600 mm的鍛造Cr12MoV軋輥，試驗(yàn)證明國(guó)產(chǎn)鍛造Cr12MoV軋輥的耐磨性與美國(guó)、德國(guó)、日本生產(chǎn)的鍛鋼軋輥尚有差距。在這種形勢(shì)下，20世紀(jì)末及21世紀(jì)初國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了焊接鋼管生產(chǎn)用鑄造高鉻合金軋輥替代進(jìn)口的軋輥，與進(jìn)口美國(guó)、德國(guó)、日本鍛鋼軋輥同機(jī)競(jìng)技，完全達(dá)到了進(jìn)口高檔軋輥水平［3］。

YB/T 128—1997標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足我國(guó)焊接鋼管行業(yè)和焊接鋼管軋輥行業(yè)快速發(fā)展需求；因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)在《關(guān)于下達(dá)2013年第一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》（國(guó)標(biāo)委綜合〔2013〕56號(hào)）中規(guī)定，由山東省四方技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司（簡(jiǎn)稱山東四方）負(fù)責(zé)起草制訂《焊接鋼管軋輥》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2　焊接鋼管軋輥的特性與選用原則

2.1焊接鋼管軋輥的特性

焊接鋼管軋輥屬非圓柱形的變直徑異型軋輥，其規(guī)格品種繁多，同規(guī)格品種批量少（多數(shù)一張圖紙只制作1～2件），成品軋輥單個(gè)質(zhì)量差距大（大的每件可達(dá)十幾噸，小的每件不足10 kg）。焊接鋼管軋輥要求有一定厚度的工作層，以滿足磨損修復(fù)后仍能保持相同的使用性能，即保證使用壽命。

為滿足焊接鋼管行業(yè)高檔次軋輥和普通檔次軋輥需求并存的局面，GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)選用了8種材質(zhì)的鍛造軋輥和3種材質(zhì)的鑄造軋輥，其中既有普通水平的鍛造軋輥，也有達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的鍛造Cr12Mo1V1、Cr12MoV軋輥，還有我國(guó)自主開(kāi)發(fā)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的鑄造ZCr15、ZCr20、ZCr25軋輥。

2.2焊接鋼管軋輥的選用原則

軋輥材質(zhì)選擇的總原則是在滿足服役條件要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行性價(jià)比考核。

不同軋機(jī)工作環(huán)境不同，軋輥的材質(zhì)就應(yīng)當(dāng)不同；相同軋機(jī)、不同工作機(jī)架（如粗成型和精成型，擠壓、定徑和矯直等）工作環(huán)境不同，所用的軋輥材質(zhì)也應(yīng)當(dāng)不同。在具體選擇軋輥材質(zhì)時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮。

（1）要有高的耐磨性和合適的硬度。材料的耐磨性不僅取決于它的宏觀硬度，也取決于它的硬質(zhì)相（碳化物）的類型、數(shù)量、形狀、分布狀態(tài)等微觀組織和基體的強(qiáng)韌性。材料的硬度決定了金屬對(duì)其表面變形的抵抗能力，但是同樣硬度的不同材料，有的就容易產(chǎn)生磨粒的剝落，即形成磨屑，有的就不易形成，這是由材料基體的強(qiáng)韌性和碳化物類型決定的。對(duì)于相同硬度的材料，碳化物硬度高、基體強(qiáng)韌性好的更耐磨。對(duì)于軋輥硬度，要求表面硬度均勻，工作層里外硬度一致，無(wú)落差。具體硬度值應(yīng)根據(jù)軋輥的使用部位決定。軋輥表面的耐磨性和硬度不僅影響軋輥的使用壽命而且影響軋材外形尺寸和表面質(zhì)量。

（2）要有足夠的強(qiáng)度和韌性。如果軋輥只有高的耐磨性和硬度，沒(méi)有好的強(qiáng)度（包括疲勞強(qiáng)度）和韌性，軋輥在使用中可能發(fā)生整體破裂或表面掉皮、裂紋，影響軋輥使用的可靠性、安全性。

（3）在特殊條件下工作的軋輥還應(yīng)有一定的紅硬性、熱強(qiáng)性和耐激冷激熱性。如焊接鋼管擠壓軋輥、焊接鋼管熱定徑軋輥等。

（4）要有一定的冷加工和熱加工性能。冷加工是指車床、磨床、銑床、鉆床等加工，熱加工是指鑄造、鍛造和熱處理。有一定的冷加工性能利于用戶在使用中的修復(fù)。

軋輥材質(zhì)是軋輥性能的決定性因素，性能要求的依據(jù)是軋輥的服役條件，選擇時(shí)要在滿足具體服役條件的基礎(chǔ)上留有發(fā)展的余地，比如軋材從普碳鋼材質(zhì)產(chǎn)品發(fā)展到合金鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼等材質(zhì)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)對(duì)軋輥提出更高的要求。在對(duì)軋輥材質(zhì)、選材原則有了基本了解的基礎(chǔ)上，具體選擇每批軋輥材料時(shí)有以下原則。

（1）軋材質(zhì)量第一的原則。表面質(zhì)量要求高，尺寸、形狀精度要求高的軋材，軋輥選好材料；即便批量不大，選低檔材質(zhì)軋輥也保證不了軋材表面質(zhì)量和精度。

（2）考慮軋材厚度、鋼級(jí)、成品形狀等變形難度的原則。變形難度大、力量大的選好材料軋輥，這是實(shí)現(xiàn)冷彎變形、生產(chǎn)可靠的前提。

（3）軋材批量大小的原則。產(chǎn)品批量大，軋輥選好材料。

（4）軋制速度高低的原則。軋制速度高，軋輥選好材料。

3　GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)中軋輥材質(zhì)說(shuō)明

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)中軋輥的牌號(hào)及化學(xué)成分見(jiàn)表1?，F(xiàn)對(duì)表1中軋輥材料進(jìn)行說(shuō)明。

表1　GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)中軋輥的牌號(hào)及化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

3.1鍛造軋輥

3.1.1GCr15鋼

GCr15鋼是高碳鉻軸承鋼的代表鋼種。GCr15鋼的鍛造加工始鍛溫度為1 020～1 080℃，終鍛溫度為800～850℃；淬火溫度為835～850℃，淬火介質(zhì)一般為油，淬火硬度≥63 HRC；在150℃、200℃、300℃、400℃回火后的硬度值依次為64 HRC、61 HRC、55 HRC、49 HRC。GCr15鋼在淬火和回火后具有高而均勻的硬度，但淬透性較差；在油淬時(shí)，GCr15鋼的臨界淬透直徑為15 mm，在20℃水中為28mm，在40℃水中為24 mm，在20℃含NaCl 5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鹽水中為29mm。

GCr15鋼的抗熱裂性和抗剝落性差，特別是當(dāng)鍛造比小、熱處理不當(dāng)、鋼中夾雜物含量高時(shí)，軋輥孔型表面容易產(chǎn)生裂紋和點(diǎn)蝕。

GCr15鋼的碳化物主要是M3C型，硬度一般為800 HV，比Cr12MoV、Cr12Mo1V1鋼及高鉻合金硬度為1 800 HV的M7C3型碳化物低很多，而且形成碳化物數(shù)量也少很多，所以相比耐磨性能差很多。GCr15鋼的價(jià)格低、易采購(gòu)，鍛造、熱處理等加工工藝成熟，可以制造部分小型軋輥，該材質(zhì)軋輥在傳統(tǒng)焊接鋼管生產(chǎn)線上有較多應(yīng)用。

3.1.29Cr2Mo、9Cr2MoV鋼

9Cr2Mo、9Cr2MoV鋼屬于冷軋輥用合金工具鋼。9Cr2Mo鋼的化學(xué)成分比Cr15鋼多加了Mo，9Cr2MoV鋼又增加了V，Mo、V對(duì)細(xì)化晶粒、提高淬透性都有好處，添加V還可以進(jìn)一步提高鋼的耐磨性，所以近幾年9Cr2Mo、9Cr2MoV鋼在冷軋輥中得到較為廣泛的應(yīng)用。

9Cr2MoV鋼相當(dāng)于德國(guó)的 86CrMoV7鋼。86CrMoV7是德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)冷作合金工具鋼的鋼號(hào)，其w（C）為0.83%～0.90%，w（Si）為0.15%～0.35%，w（Mn）為0.30%～0.45%，w（S）≤0.030%，w（P）≤0.030%，w（Cr）為1.60%～1.90%，w（Mo）為0.20%～0.35%，w（V）為0.05%～0.15%。

9Cr2Mo、9Cr2MoV鋼的鍛造加工始鍛溫度為1 100℃，終鍛溫度為900℃；淬火溫度為820～860℃，淬火介質(zhì)一般為水或油；常用回火溫度為100～300℃，其回火后硬度為56～60 HRC。一般認(rèn)為9Cr2Mo、9Cr2MoV鋼的淬、回火工藝為870℃水油雙液淬火、180～220℃二次回火，可獲得厚度≥10mm的淬硬層［4-6］。

9Cr2Mo、9Cr2MoV鋼形成碳化物類型、數(shù)量與GCr15相似，淬透性和耐磨性也相似。9Cr2Mo、9Cr2MoV鋼的成本較低，故在鍛造焊接鋼管軋輥上有較多應(yīng)用。

3.1.3Cr12鋼

Cr12鋼屬于冷作模具萊氏體鋼。Cr12鋼的鍛造加工始鍛溫度為1 080～1 100℃，終鍛溫度為880～920℃；淬火溫度為950～980℃，淬火介質(zhì)一般為油，淬火硬度61～64 HRC；常用回火溫度為180～200℃時(shí)的硬度為60～62 HRC，常用回火溫度為320～350℃時(shí)的硬度為57～58 HRC。

該模具鋼從蘇聯(lián)的X12引進(jìn)，淬透性、淬硬性和耐磨性很高。Cr12鋼含有極高量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的C（2.00%～2.30%）和Cr（11.50%～13.00%），易形成碳化物不均勻分布，網(wǎng)狀碳化物和碳化物偏析大幅度增加，引起變形量多向性且不規(guī)則，組織不良是其主要缺點(diǎn)，不均勻的碳化物很難用熱處理方法改善，機(jī)械性能各向異性顯著，尤其是制造較大體積的工模具（如軋輥）時(shí)，其在生產(chǎn)和使用中不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生開(kāi)裂和掉肉，在工模具應(yīng)用中已逐漸被更優(yōu)秀的鋼種（如Cr12MoV、Cr12Mo1V1鋼）所取代。目前，國(guó)內(nèi)Cr12鋼與Cr12MoV鍛材或軋材的價(jià)格差異較小，一般在10%～15%，但兩者的性能差異較大，使得鍛造Cr12軋輥的性價(jià)比遠(yuǎn)低于鍛造Cr12MoV軋輥，但焊接鋼管用鍛造Cr12軋輥在實(shí)際生產(chǎn)中仍有應(yīng)用。

3.1.43Cr2W8V鋼

3Cr2W 8V鋼是萊氏體熱作模具鋼。3Cr2W 8V鋼的鍛造加工始鍛溫度為1 100～1 150℃（鋼錠）、1 080～1 120℃（鋼坯），終鍛溫度為850～900℃；淬火溫度為1 050～1 100℃，淬火介質(zhì)為油，淬火硬度為49～52 HRC，在150℃、200℃、300℃、400℃回火后的硬度依次為52 HRC、51 HRC、50 HRC、49 HRC。

3Cr2W 8V鋼有較低的碳含量和較高的鎢含量；具有良好的導(dǎo)熱性，較好的紅硬性、熱強(qiáng)性和回火穩(wěn)定性，但韌性、塑性和耐磨性較差，淬透性中等，截面厚度≤80mm可淬透；常用于高溫、高應(yīng)力但不受沖擊的模具，在焊接鋼管生產(chǎn)中應(yīng)用于焊接擠壓軋輥。3Cr2W 8V鋼的合金元素含量很高，價(jià)格很貴，但與相同檔次的熱作模具鋼相比，其性能并不理想：3Cr2W 8V鋼的w（W）高達(dá)8%，并沒(méi)有很好的發(fā)揮作用，與w（W）在5%左右的鋼種相當(dāng)；3Cr2W8V鋼的鉻含量低，其高溫下抗氧化和抗熔融金屬的沖蝕能力比鉻含量較高的鉻系熱作模具鋼低很多。目前，3Cr2W 8V鋼在熱擠壓模具的應(yīng)用中呈被4Cr5MoSiV1鋼替代的趨勢(shì)，它的使用壽命只是4Cr5MoSiV1的30%左右［7］，但在傳統(tǒng)機(jī)組中仍有較多應(yīng)用。

3.1.5Cr12MoV、Cr12Mo1V1鋼

Cr12MoV、Cr12Mo1V1鋼均屬于優(yōu)質(zhì)高碳高鉻冷作模具鋼。Cr12MoV、Cr12Mo1V1鋼的鍛造加工始鍛溫度為1 000～1 060℃，終鍛溫度為850～900℃；淬火溫度為1 020～1 040℃，Cr12MoV鋼的淬火介質(zhì)為油，Cr12Mo1V1鋼的淬火介質(zhì)為硝鹽、油或空氣，淬火硬度為60～63 HRC；常用回火溫度為200～275℃時(shí)的硬度為57～59 HRC，常用回火溫度為400～425℃時(shí)的硬度為55～58 HRC；具有良好的淬透性，截面厚度為300～400 mm以下的工件可以完全淬透，常用于制造各種截面積較大、精度高、形狀復(fù)雜的冷作模具。

Cr12MoV鋼的w（C）為1.45%～1.70%；添加的Mo和V使其性能大大提高，不僅保持了高硬度、高耐磨性，而且增加了淬透性、穩(wěn)定性等綜合性能。Cr12MoV鋼用于制造截面較大、形狀復(fù)雜、經(jīng)受較大沖擊載荷的各種工模具，如沖模、拉伸模、切邊模、冷擠壓模、冷切刀、圓鋸片、標(biāo)準(zhǔn)工量具等。但由于Cr12MoV鋼的w（Mo）和w（V）低于Cr12Mo1V1鋼，故其使用性能略低于美國(guó)D2、德國(guó)X155CrVMo12-1、日本SKD11鋼。美國(guó)D2、德國(guó)X155CrVMo12-1、日本SKD11鋼的基體為馬氏體，碳化物M7C3的含量在15%左右。

Cr12Mo1V1鋼是國(guó)際上廣泛應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)冷作模具鋼，相當(dāng)于美國(guó)D2、德國(guó)X155CrVMo12-1（或X165CrMoV12）、日本SKD11鋼，屬萊氏體鋼，具有高的淬透性、淬硬性和耐磨性；用于制造各種高精度、長(zhǎng)壽命的冷作模具、刃具和量具，如沖模、拉伸模、切邊模、冷擠壓模、冷切刀、圓鋸片、標(biāo)準(zhǔn)工量具等。目前，國(guó)內(nèi)已有研制應(yīng)用于冷軋板帶的鍛造Cr12Mo1V1軋輥，不但使用效果達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品水平，且顯著提高了鋼板的光亮度。

3.1.64Cr5MoSiV1鋼

4Cr5MoSiV1鋼是廣泛應(yīng)用的熱作模具鋼。4Cr5MoSiV1鋼的鍛造加工始鍛溫度為1 100～1 150℃（鋼錠）、1 050～1 100℃（鋼坯），終鍛溫度850～900℃；淬火溫度為1 020～1 050℃，淬火介質(zhì)為油或空氣，淬火硬度為56～58 HRC；在150℃、200℃、300℃、400℃回火后的硬度依次為55 HRC、52 HRC、51 HRC、50 HRC。推薦二次回火工藝，第1次560～580℃、第2次比第1次低20℃，空冷，二次回火后硬度值為47～49 HRC。

4Cr5MoSiV1鋼是空冷硬化型熱作模具鋼，具有較高的熱強(qiáng)度和熱度，在中溫條件下具有良好的韌性、熱疲勞性能和一定的耐磨性，淬透性高，熱處理變形小；廣泛應(yīng)用于熱擠壓模具、芯棒、模鍛錘模具、高速精鍛用模具鑲塊、鍛造壓模以及鋁合金壓鑄模等。4Cr5MoSiV1鋼應(yīng)用于熱擠壓模具時(shí)，其使用壽命是3Cr2W8V鋼的3倍以上，二者材料成本基本相同，目前已有不少焊接鋼管生產(chǎn)廠家選用4Cr5MoSiV1鋼制造焊接擠壓軋輥。

上述各鋼種牌號(hào)均為鍛材或軋材，用上述各種牌號(hào)鋼制造焊接鋼管軋輥時(shí)，必須通過(guò)鍛造工序，鋼錠的鍛造比至少為1∶3，以消除徧析、疏松、白點(diǎn)等缺陷，使組織均勻、細(xì)化、密實(shí)，以充分利用、發(fā)揮所含合金元素的作用，其性能才能達(dá)到要求。

另外，鍛造材料組織有較強(qiáng)的方向性，造成材料沿鍛造方向和垂直于鍛造方向的力學(xué)性能產(chǎn)生較大差異，即鍛造材料的各向異性［8］；因此，必須依據(jù)軋輥的形狀和服役條件設(shè)計(jì)適用的鍛造工藝。在實(shí)際使用中進(jìn)口X155CrVMo12-1、D2、SKD11鍛造軋輥均出現(xiàn)過(guò)縱裂（即沿鍛造方向軸向開(kāi)裂），而未見(jiàn)出現(xiàn)環(huán)裂（即垂直于鍛造方向徑向開(kāi)裂）。

3.2鑄造軋輥

采用鍛造工模具鋼生產(chǎn)軋輥時(shí)，會(huì)受到其異型軋輥特性的局限，很難形成模鍛，一般都是鍛成圓柱形輥坯；其加工量很大，材料利用率很低，一般在40%左右，材料和能源消耗較高。由于鑄造成型可以取得近終成型的效果；因此，鑄造新型焊接鋼管軋輥可以產(chǎn)生良好的節(jié)能節(jié)材效果，材料利用率可以達(dá)到80%以上。與同類鍛造軋輥制造工藝相比，鑄造高鉻軋輥的制造工藝具有優(yōu)良的節(jié)能節(jié)材效果［9］。鑄造高鉻軋輥的牌號(hào)參考中國(guó)GB/T 8263—2010《抗磨白口鑄鐵件》、美國(guó)ASTM A 532/ A 532M—1993《耐磨鑄鐵規(guī)格》、英國(guó)BS 4844—1986《耐磨白口鑄鐵》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行命名，定為ZCr15、ZCr20、ZCr25。

目前國(guó)際上關(guān)于高鉻鋼和高鉻鐵的界限不是很明確，雖多數(shù)習(xí)慣用w（C）2.11%來(lái)劃分鐵和鋼，但對(duì)高碳高鉻鋼的w（C）放寬至2.20%～2.30%，如我國(guó)的Cr12、德國(guó)的X210Cr12、美國(guó)的D3、英國(guó)的BD3、日本的SKD11［10］。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼基軋輥的w（C）為0.30%～2.50%［11］，而俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高鉻鐵чX22C、чX28的w（C）分別為0.6%～1.0%和0.5%～1.6%［12］。中國(guó)GB/T 8263—2010、美國(guó)ASTM A 532/A 532M—1993、英國(guó)BS 4844—1986中的部分高鉻鑄鋼牌號(hào)及化學(xué)成分要求見(jiàn)表2。

ZCr15、ZCr20、ZCr25系列鑄造高鉻焊接鋼管軋輥在不同的熱處理時(shí)基體為奧氏體或馬氏體，碳化物主要為M7C3型，硬度可達(dá)1 800 HV，并呈不連續(xù)的條狀、塊狀、顆粒狀和菊花狀，碳化物含量20%左右。

與 GCr15、9Cr2Mo、D2、X155CrVMo12-1、SKD11相比，ZCr15、ZCr20、ZCr25系列鑄造高鉻軋輥在使用和試驗(yàn)中表現(xiàn)出更高的耐磨性能。鍛造軋輥材料與鑄造軋輥材料的金相組織如圖1~2所示。

ZCr15、ZCr20、ZCr25具有良好的淬透性。D2、X155CrVMo12-1、SKD11、ZCr15和ZCr20軋輥實(shí)物解剖工作層硬度落差和工作層深度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

4　軋輥性能的對(duì)比

4.1力學(xué)性能

幾種焊接鋼管軋輥的沖擊韌性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4［13］。D2、X155CrVMo12-1、SKD11、ZCr15和ZCr20軋輥實(shí)物解剖工作層（淬硬層）的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5［14］。

表2　不同標(biāo)準(zhǔn)中部分高鉻鑄鋼牌號(hào)及其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）要求　%

圖1　鍛造軋輥材料的金相組織

圖2　鑄造軋輥材料的金相組織

4.2耐磨性能

幾種焊接鋼管軋輥的耐磨性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6［13］。從表6可以看出：國(guó)產(chǎn)Cr12MoV的耐磨性約為進(jìn)口X165CrMoV12的80%，與國(guó)產(chǎn)9Cr2Mo、GCr15的耐磨性相比進(jìn)口X165CrMoV12更差。

分析國(guó)內(nèi)外幾種焊接鋼管軋輥的耐磨性，其磨損體積如圖3所示［14］。在圖3中，A為淬、回火態(tài)X155CrVMo12-1，B為淬、回火態(tài)D2，C為淬、回火態(tài)SKD11，D為鑄態(tài)去應(yīng)力回火的ZCr20，E為淬、回火態(tài)ZCr15；試樣均從各類軋輥實(shí)物上獲取。

從圖3可以看出：ZCr15、ZCr20鑄造高鉻合金軋輥的耐磨性能約等同美國(guó)鍛造D2、德國(guó)鍛造X155CrVMo12-1、日本鍛造SKD11軋輥的水平。

表3　幾種軋輥實(shí)物解剖工作層硬度落差和工作層深度測(cè)試結(jié)果　HRC

表4　幾種焊接鋼管軋輥的沖擊韌性測(cè)試結(jié)果

表5　幾種軋輥實(shí)物解剖抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性測(cè)試結(jié)果

表6　國(guó)內(nèi)外幾種焊接鋼管軋輥試樣的磨損量　mg

圖3　國(guó)內(nèi)外幾種焊接鋼管軋輥試樣的磨損體積

4.3典型現(xiàn)場(chǎng)的使用耐磨性、使用壽命

在同臺(tái)設(shè)備、軋制相同軋材的前提下，對(duì)比國(guó)內(nèi)外幾種軋輥的耐磨性能［13］。國(guó)內(nèi)外幾種軋輥的耐磨性能對(duì)比見(jiàn)表7，不同軋輥在傳統(tǒng)焊接鋼管機(jī)組中的使用壽命對(duì)比見(jiàn)表8。

5　主要技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)的3.1、3.2節(jié)對(duì)軋輥坯的制造工藝、材質(zhì)牌號(hào)及化學(xué)成分進(jìn)行了規(guī)定，3.3、3.4節(jié)對(duì)軋輥坯的外形尺寸、公差及表面粗糙度進(jìn)行了規(guī)定。目前焊接鋼管軋輥多為來(lái)圖加工，因此訂貨圖樣是重要依據(jù)。使用樣板檢測(cè)孔型仍然是國(guó)內(nèi)外焊接鋼管行業(yè)的常規(guī)作法。

5.1軋輥輥坯

由于目前多數(shù)焊接鋼管軋輥生產(chǎn)廠的鍛造軋輥坯為外購(gòu)，故GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍛造軋輥坯做出了較為詳細(xì)的若干條規(guī)定，以保證焊接鋼管軋輥鍛造輥坯的質(zhì)量，為保證鍛造焊接鋼管軋輥的質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。此外，GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)鑄造軋輥坯的表面缺陷及連體化學(xué)成分試樣進(jìn)行了規(guī)定。

表7　國(guó)內(nèi)外幾種軋輥的耐磨性能對(duì)比

表8　不同軋輥在傳統(tǒng)焊接鋼管機(jī)組中的使用壽命對(duì)比t

5.2軋輥工作面硬度及其均勻度

軋輥工作面硬度及硬度均勻度是反映軋輥使用性能的重要指標(biāo)之一，硬度和軋輥的耐磨性能有很大關(guān)系，但不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。軋輥的耐磨性不僅取決于它的宏觀硬度，也取決于它的硬質(zhì)相（碳化物）的類型、數(shù)量、形狀、分布狀態(tài)等微觀組織和基體的強(qiáng)韌性，表8中的數(shù)據(jù)也充分證明了這一點(diǎn)；除此之外，還要看軋輥的服役條件。因此，GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)焊接鋼管機(jī)組規(guī)格、軋輥類別分別做了不同規(guī)定，以使供需雙方根據(jù)所訂軋輥材質(zhì)及具體服役條件確定軋輥。

文獻(xiàn)［15］的研究結(jié)果表明：焊接鋼管粗成型軋制力大于精成型軋制力，粗成型軋制力呈逐漸增大趨勢(shì)，精成型軋制力呈逐漸減小趨勢(shì)。可見(jiàn)，粗成型軋輥承受更大的變形應(yīng)力，應(yīng)比后續(xù)軋輥有更好的強(qiáng)度和韌性，工作面硬度為56～60 HRC，這在與國(guó)外焊接鋼管機(jī)組設(shè)計(jì)制造商交流中得到認(rèn)可，通過(guò)實(shí)際使用也證明是可行的。軋輥工作面硬度均勻度定為4 HRC是考慮到粗成型軋輥尺寸較大（如天津天管太鋼焊管有限公司Ф630 mm粗成型2件組合式軋輥尺寸最大為Φ1 700 mm×1 080 mm，質(zhì)量為16.5 t），該范圍既可滿足生產(chǎn)需求也可以實(shí)現(xiàn)。

精成型、定徑、矯直、組合式擠壓側(cè)輥和下輥工作面硬度為56～62 HRC，機(jī)組規(guī)格∧Φ168 mm時(shí)，軋輥硬度均勻度為3 HRC；機(jī)組規(guī)格≥Φ168 mm時(shí)，軋輥硬度均勻度為4 HRC，符合國(guó)內(nèi)外廣大用戶的技術(shù)要求。

組合式擠壓上輥和兩輥式擠壓輥的服役條件惡劣，在承受沖擊磨損的同時(shí)還要承受焊接高溫和冷卻水的激冷激熱作用，有時(shí)還要受到噴濺焊渣的損傷；因此，要求其有高韌性，良好的導(dǎo)熱性、紅硬性和熱強(qiáng)性?？紤]到上述因素和所選材料的性能，擠壓上輥、擠壓輥工作面硬度為47～52 HRC，硬度均勻度定為3 HRC既可滿足生產(chǎn)需求也可以實(shí)現(xiàn)。

5.3軋輥工作層深度及硬度落差

軋輥工作層深度及硬度落差也是關(guān)系到軋輥的使用性能，尤其是其使用壽命的關(guān)鍵指標(biāo)之一。為了保證軋材質(zhì)量，焊接鋼管軋輥在使用中要進(jìn)行多次修復(fù)，這就要求焊接鋼管軋輥有足夠厚的工作層深度，并保持盡量小的硬度落差。國(guó)內(nèi)外客戶在訂貨時(shí)一般都會(huì)對(duì)軋輥工作層深度及硬度落差提出要求，不同用戶、不同機(jī)組的要求不同。國(guó)外某焊接鋼管機(jī)組設(shè)計(jì)制造商要求Φ168～427 mm焊接鋼管機(jī)組軋輥工作層深度≥50 mm，對(duì)軋制Φ244.5 mm×8.9 mm鋼管不同道次軋輥的使用修復(fù)次數(shù)要求見(jiàn)表9。

表9　國(guó)外某公司對(duì)軋制Φ244.5mm×8.9mm鋼管不同道次軋輥的使用修復(fù)次數(shù)要求

因此，GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：軋輥工作層深度應(yīng)≥10mm，需方對(duì)軋輥工作層深度有更高要求時(shí)由供需雙方協(xié)商確定；鍛造軋輥工作層硬度落差≤3 HRC，鑄造軋輥工作層硬度落差≤2 HRC。上述工作層硬度落差技術(shù)要求保證了焊接鋼管軋輥修復(fù)后的使用性能。

焊接鋼管軋輥的工作層硬度落差和工作層深度是由制備工藝保證的，主要是通過(guò)選材和熱加工工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)選用的各種牌號(hào)的鍛造軋輥和鑄造軋輥，只要保證制造工藝均可滿足≥10mm的規(guī)定。

GB/T 13314—2008標(biāo) 準(zhǔn) 要 求 ， 9Cr2Mo、9Cr2MoV的淬硬層硬度為75～90 HSD（56.0～64.8 HRC）時(shí)輥身直徑≤300mm的軋輥，其臨界淬透直徑不小于10mm；輥身直徑為301～500mm的臨界淬透直徑不小于14 mm；輥身直徑≥500 mm的臨界淬透直徑不小于15mm。

5.4軋輥工作層的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性（室溫）

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軋輥工作層（淬硬層）的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性進(jìn)行了規(guī)定，以供使用者在設(shè)計(jì)、選用時(shí)參考，同時(shí)國(guó)內(nèi)外有些用戶也會(huì)對(duì)此有要求。

GB/T 1503—2008《鑄鋼軋輥》附錄A中要求合金鋼軋輥的抗拉強(qiáng)度≥600 MPa，半鋼軋輥的抗拉強(qiáng)度≥490 MPa；GB/T 1504—2008《鑄鐵軋輥》標(biāo)準(zhǔn)要求鑄造高鉻軋輥的抗拉強(qiáng)度≥350 MPa。GB/T 1503—2008、GB/T 1504—2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的軋輥多用于板、帶軋機(jī)，其軋制力大于焊接鋼管軋輥。因此，結(jié)合實(shí)際使用情況，GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鍛造軋輥工作層的抗拉強(qiáng)度≥700 MPa，鑄造軋輥工作層的抗拉強(qiáng)度≥500 MPa；軋輥工作層的室溫沖擊韌性≥30 kJ/m2。上述軋輥的力學(xué)性能要求既滿足生產(chǎn)需求也可以實(shí)現(xiàn)。

5.5超聲波探傷

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)參照了GB/T 13314—2008、GB/T 1503—2008、YB/T 036.10—1992《冶金設(shè)備制造通用技術(shù)條件鍛鋼件超聲波探傷方法》和相關(guān)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際情況分別明確規(guī)定了焊接鋼管鍛造軋輥和焊接鋼管鑄造軋輥的超聲波探傷要求，這就要求只要生產(chǎn)廠嚴(yán)格按照相關(guān)工藝要求執(zhí)行是完全可以達(dá)到的。

6　標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則內(nèi)容說(shuō)明

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)涉及的試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則基本以現(xiàn)行有效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)業(yè)內(nèi)通行方法為主，這些標(biāo)準(zhǔn)中各項(xiàng)檢驗(yàn)方法相當(dāng)成熟，并在國(guó)內(nèi)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，部分規(guī)則參照相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容制定。

化學(xué)成分分析方法增加了光譜分析方法。目前用光譜儀檢測(cè)鋼的化學(xué)成分己很普遍了，這種方法快捷、方便、準(zhǔn)確率高、光譜試樣所需尺寸小；光譜儀的應(yīng)用也很普及，包括便攜式光譜儀的應(yīng)用，不破壞母材就可以檢測(cè)，這也為焊接鋼管軋輥生產(chǎn)廠家購(gòu)買(mǎi)鍛坯的產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收提供了很好的手段。

國(guó)內(nèi)外均習(xí)慣用洛氏硬度表示焊接鋼管軋輥硬度，根據(jù)實(shí)際情況和征得意見(jiàn)，GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：軋輥的工作面硬度的檢驗(yàn)按照GB/T 230.1—2009《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）》的規(guī)定進(jìn)行，或使用里氏和肖氏硬度計(jì)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果按照GB/T 13313—2008《軋輥肖氏、里氏硬度試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行硬度轉(zhuǎn)換。

由于目前各種機(jī)組用焊接鋼管軋輥尺寸差異較大，故GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定軋輥的工作面硬度、硬度均勻度要逐件進(jìn)行檢測(cè)外，同時(shí)增加了按照軋輥直徑分類工作面硬度檢測(cè)位置數(shù)，以客觀地反映軋輥工作面硬度和硬度均勻度。

對(duì)具體焊接鋼管軋輥成品的工作層硬度落差、工作層深度、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性要求檢驗(yàn)較難實(shí)現(xiàn)，故GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 13314—2008指出：“軋輥工作層深度、硬度落差、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性要求如供方制備工藝能夠保證可不做檢驗(yàn)。如需檢驗(yàn)，經(jīng)供需雙方商定，可用相同材質(zhì)、相同制造工藝的試驗(yàn)輥來(lái)判定，力學(xué)性能測(cè)試的取樣位置應(yīng)為試驗(yàn)輥的徑向，檢驗(yàn)數(shù)量由供需雙方商定，結(jié)果應(yīng)符合3.8、3.9和3.10的規(guī)定”。

由于焊接鋼管軋輥的個(gè)體大小差異很大，所以GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)超聲波檢測(cè)的檢驗(yàn)規(guī)則是以軋輥直徑300 mm為大小區(qū)分進(jìn)行分別規(guī)定的：“對(duì)于直徑≤300 mm的軋輥應(yīng)按每批次抽樣20%進(jìn)行，若發(fā)現(xiàn)1件軋輥出現(xiàn)超標(biāo)缺陷則應(yīng)對(duì)該批次軋輥逐件進(jìn)行；對(duì)于直徑∧300mm的軋輥應(yīng)逐件進(jìn)行，結(jié)果應(yīng)符合3.12的規(guī)定”。

7　標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)及附錄說(shuō)明

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)為推薦性標(biāo)準(zhǔn)；附錄A為資料性附錄，根據(jù)GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)涉及的國(guó)內(nèi)各類焊接鋼管軋輥在各類機(jī)組的實(shí)際使用效果，與美國(guó)、德國(guó)、日本產(chǎn)焊接鋼管軋輥的對(duì)比情況，列表說(shuō)明各類軋輥的推薦用途，以供用戶在選用時(shí)參考。

GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)中增加了可以達(dá)到美國(guó)、德國(guó)、日本產(chǎn)國(guó)際最高檔次焊接鋼管軋輥的鍛造冷作模具鋼 Cr12Mo1V1、鑄造高鉻 ZCr15、ZCr20、ZCr25系列軋輥牌號(hào)，為具有國(guó)際先進(jìn)水平的焊接鋼管機(jī)組及大型、厚壁、高級(jí)別軋材、高精度焊接鋼管的生產(chǎn)提供了高檔次焊接鋼管軋輥的生產(chǎn)依據(jù)。全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)認(rèn)為GB/T 31936—2015標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

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Interp retation of Standard
GB/T 31936—2015 Rolls forWeld ing Steel Pipe

YUAN Houzhi，LIU Xingyi，ZHANG Ning
（Shandong Province Sifang Technical Development Co.，Ltd.，Ji’nan 250101，China）

Interpreted in the article is China national standard，GB/T 31936—2015 Rolls for Welding Steel Pipe.Described is the background for establishmentof the standard.Analyzed are the characteristics of and selection principle for rolls for welded steel pipes.Briefed are thematerial of the forged roll and the cast roll for welded pipes as specified under the standard.And compared are the two types of rolls in terms of mechanical property，wear resistance and service life.Finally，themain technical indexes for rolls for the weld pipe are pointed out，and the testingmethods and inspection regulations as specified under the standard are described.

weld steel pipe；forged roll；cast roll；standard；compare；selection

TG333.17!!

B!

1001-2311（2016）03-0073-10

袁厚之（1946-），男，研究員，總經(jīng)理，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，山東省專業(yè)技術(shù)拔尖人才，主要從事冶金設(shè)備用耐磨耐熱金屬新材料、新工藝、新產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)工作。

（2016-01-07）