高频直缝焊（HFW）管在海底和陆地石油天然气输送、城市管网及建筑等领域已得到广泛应用，需求量不断增加，为钢管生产企业和设备制造业带来了新的发展机遇。轧辊作为钢管生产中的主要部件，其材质的选用、使用方法和维修对轧辊的寿命和经济性都有重要影响。轧辊在使用中一旦出现损坏碎裂掉块现象，一般只能进行报废处理，有些单位探索采用激光熔覆的焊接方式进行维修，但一直达不到理想效果，使轧辊的使用成本居高不下，因此合理选用材料和延长使用寿命是降低轧辊成本的重要途径。

1 轧辊不同材质的比较及性能特点

常用的模具钢材料有5种，其化学成分对比见表1。

Cr12MoV是常用的优质冷作模具钢，其化学成分与韩国STD211、日本SKD11、德国X165CrMoV12相当，其中C、Cr、V含量较高，材料具有良好的淬透性和淬硬性，耐磨性、淬透性、淬硬性、强韧性、热稳定性、抗压强度等得到提高，受热软化温度为520 ℃，在4 mm以下可以完全淬透, 淬火深度20 mm，耐磨性是一般模具钢的3~4倍。

9Cr2Mo是通用的冷轧轧辊用钢，与我国普遍使用的GCr15轴承钢相比，其成分中提高了Cr含量并增加了Mo元素，从而增强了材料的淬透性和淬硬性，淬火层比GCr15钢要深2～3 mm，耐磨性提高15%左右，比较适用于HFW管生产线轧辊的制造；淬火硬度HRC58～62，淬火层深度13 mm。

86CrMoV7是近年来新开发的轧辊材料，属于锻钢冷轧轧辊用钢。与9Cr2Mo钢，86CrMoV7钢的成分中Cr含量稍有减少，但同时增加了V元素的含量，其淬透性、淬硬性和耐磨性进一步改善，淬火层比GCr15钢要深 5mm左右，耐磨性提高了近30%，因此更加适用于HFW管生产线大规格轧辊的制造；淬火硬度HRC58-62，淬火层深度15mm。

4Cr5MoSiV1是通用的热作模具钢，与美国的H13和日本的SKD61差不多，其性能和用途与 4Cr5MoSiV钢基本相同，相比于国内常用的3Cr2W8V热作模具钢整体性能更加优越。主要表现在硬度高、抗热裂性能好，一般淬火硬度可达HRC50-54，广泛使用在承受巨大的机械应力外还要承受反复受热和冷却作用而引起很大热应力的场合；因此，4Cr5MoSiV1钢目前普遍用于HFW管生产线的上挤压辊制造。

2 轧辊不同材质使用经济性及合理选用

对HFW管生产现场使用的3种材质轧辊的使用情况及寿命进行了统计分析，结果见表2。

从表2可以看出：86CrMoV7轧辊使用寿命和损坏频次都要优于9Cr2Mo轧辊，但较之Cr12MoV材质轧辊稍差。Cr12MoV材质轧辊在使用的10年期间出现2次碎裂现象，而86CrMoV7和9Cr2Mo两种材质轧辊在使用的8年期间共损坏9次。

HFW管生产线轧辊的损坏主要集中在精成型上下辊、侧挤压辊和定径平辊。根据近几年的生产情况和轧辊实际消耗情况，可以通过比较来合理选用轧辊材料。生产线精成型上辊（组合件，容易损坏故以此计算）平均质量1.5 t，Cr12MoV材质轧辊单价9万元/t，维修两次2万元，合计费用为15.5万元，寿命10年，折合后单个轧辊生产1万t钢管成本约5 500元；86CrMoV7或9Cr2Mo材质轧辊单价4万元/t，维修4次4万元，合计费用为10万元，寿命8年，折合后单个轧辊生产1万t钢管成本约4 167元，费用比Cr12MoV材质低。轧辊的主要损坏形式为边缘崩裂，而不是正常的磨损损坏，因此Cr12MoV材质的高耐磨性无法体现出来，与86CrMoV7或9Cr2Mo材料相比无明显优势。而86CrMoV7或9Cr2Mo材质单价费用约为Cr12MoV材质的一半，其一次性投资减一半，而且这些轧辊材料已经具备了较好的耐磨性和硬度要求，因此少约选用86CrMoV7或9Cr2Mo，经济性更加明显。

3 轧辊的损坏形式与应对措施

HFW管生产线轧辊损坏的形式主要是正常磨损和崩裂掉块两种。

3.1 正常磨损

轧辊在使用中一般定期使用孔型板进行检测，其磨损量一旦超过限定范围就报废并更换处理。为减少轧辊的磨损量，调型时可采用合理的孔型和各架次适当均衡的挤压量等措施来保证，同时在轧辊拆下待用时作清洁处理并涂防锈油保养，以减少轧辊表面锈蚀。

3.2 轧辊边缘崩裂掉块

3.2.1 精成型轧辊

采用四辊成型时精成型上辊的内边缘容易崩裂掉块损坏，这是因为精成型上辊采用的组装式结构，在焊管成型过程中轧辊中间接近导向片处的凹面受力最大，最易出现碎裂。目前此类损坏现象最常见。在轧辊内边缘崩裂损坏后，可将轧辊损坏的内边缘切削掉约内经500mm,外径580mm,厚度为40mm的圆环，再加工相同尺寸圆环进行热处理后热套在轧辊上。由于在成型时精成型上辊受力由内到外，因此圆环受力无太大影响，从而使得轧辊整体寿命得到延长，效果与新轧辊相差不多。

采用两辊成型时精成型轧辊的外边缘容易崩裂损坏，主要原因是在钢管成型过程中受到钢管高钢级大壁厚的影响而受力过大造成，或因3个成型机架的减径量分配不均衡引起，此种损坏无法修复，但可适当增加边沿厚度来增加其强度。

3.2.2 侧挤压辊

侧挤压辊上部边缘崩裂掉块损坏原因是：在成型焊接调整时所给的焊接挤压力过大，或两侧进给量不均造成；轧辊在生产中承受交变应力，尤其是带钢接头处焊缝高于管体母材，焊缝通过时压力成倍增加，致使轧辊边沿崩裂。对于侧挤压辊受力过大造成的上部边缘损坏情况，可通过适当增厚上部结构来增加其强度，从而延长使用寿命。

3.2.3 定径辊

定径水平辊边缘崩裂损坏的主要原因是：生产线在调型引料时各架次未调整到位，导致焊缝扭转偏斜，正好处于定径水平辊的边缘，对接管或停机管处的残留外毛刺会挤压在轧辊边缘，造成轧辊边缘受力过大而崩裂。这种损坏无法修复，需要在调型时保证焊缝不偏斜，才能避免轧辊损坏。

3.3 轧辊加工缺陷损坏

轧辊在加工过程中，如果在材料锻打时未发现其内部裂纹缺陷，导致在使用过程中轧辊受力后崩裂。要避免这类问题，需在轧辊锻造和热处理工序后进行探伤检测，发现裂纹后立即停止后续加工。

4 结束语

目前HFW管生产线的轧辊材质若采用Cr12MoV，每套费用约为400万元；若采用86CrMoV7或9Cr2Mo，每套费用约为200万元。尽管Cr12MoV材质轧辊的整体性能、使用寿命要优于86CrMoV7或9Cr2Mo材质轧辊，但是考虑到企业的资金成本、产能和实际损坏情况，86CrMoV7或9Cr2Mo材质轧辊更加符合企业的实际生产需要，其良好的性能和相对便宜的加工费用，将减少企业的资金占比，经济性优良。而在这两种材料中，从材质和综合性能上看86CrMoV7更好。

在轧辊使用上通过维护保养和平衡分配各架次受力来降低轧辊的自然磨损和异常损坏，对精成型上辊内侧边缘和侧挤压辊上边缘的崩裂情况，可通过轧辊内边缘镶环修复和侧挤压辊上边缘增厚来延长轧辊使用寿命，降低生产成本。

 

 

注：该文章已发表于《钢管》杂志2015年第1期。该文是三位作者根据自身多年设备保养维修经验，并结合公司实际设备情况为基础撰写的，共历时3个多月，修改10余次才最终定稿。

《钢管》杂志于1964年创刊，杂志主要反映国内外钢管学科发展水平及最新发展动态，重点报道钢管（无缝焊接）及相关行业在科研、设计、生产、经营管理等方面的研究成果，推广报道新工艺、新技术、新设备、新产品，优先报道国家级或省部级科学基金资助项目和获省部级以上奖励的科研项目成果，特别是企业具有自主知识产权的新技术、新成果。