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标准解读

国家标准GB/T 31936-2015《焊接钢管轧辊》(上)

来源:聊城市产品质量监督检验所 发布日期:2017/1/11 9:32:00

文章就2015年9月16日国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布的国家标准GB/T 31936-2015《焊接钢管轧辊》进行了解读,对标准中选用的锻造焊管轧辊和铸造焊管轧辊逐一进行了说明和对比,提出了焊管轧辊选用原则,并对标准的主要内容进行了说明。
  2015年9月16日,由山东省四方技术开发有限公司(以下简称山东四方公司)负责起草的《焊接钢管轧辊》国家标准,由国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会正式发布,标准号为GB/T 31936-2015。该标准的制订发布在适应和促进焊管和焊管轧辊行业的进步和发展、提高产品的市场竞争力、规范市场准入等方面具有重大意义。
  以辊轧为特征的连续变形轧钢技术是现代大型化、高速化、连续化、自动化轧钢工业的关键技术。轧辊是轧钢生产的一项重要的大宗消耗工具,是制约一个国家轧钢技术发展水平的先决条件。设计轧机首先要设计轧辊,一个是轧辊结构和形状,一个是轧辊材质。
  由于轧钢行业的技术进步和专业细分,对相应轧辊的要求也更加明确和苛刻,因此,按照轧材的不同服役条件,即轧辊的用途分类来制定轧辊标准,更能够准确地满足轧钢行业技术进步的要求,同时也有利于用户选用。按照目前国际先进水平的轧辊来对比国内同类产品的水平起草制定标准,有利于促进国内轧辊行业技术水平的提高。
  1GB/T 31936-2015《焊接钢管轧辊》制定是行业发展需求
  焊管行业的快速发展是推动国内焊管轧辊制造业发展的最主要动力。目前,我国已有焊管生产线2700余条,其中既有先进机组,也有大量传统机组。对焊管轧辊需求呈现多样化格局。
  目前,中国已经成为世界第一大焊管生产和消费国,2014年我国焊管产量5760.99万吨,同比增长8.54%,2015年1-8月份焊管产量4346.98万吨,同比增长19.68%,约为世界总产量的1/2,焊管轧辊消耗量也是最大的。
  焊管轧辊是焊管生产中最主要的工模具,服役条件恶劣,冷而硬的管坯靠轧辊转动的摩擦力带动前进,轧辊失效形式以磨损为主,同时剧烈摩擦产生热应力,因此,要求轧辊有抗热裂性能;冷弯变形过程轧辊工作面承受很大接触应力和承受管坯头部和尾部的反复冲击,容易出现疲劳裂纹和剥落现象,因此,要求轧辊有良好的强度、韧性和耐磨性。焊接挤压轧辊还要受到焊接高温和冷却水的激冷、激热作用。轧辊工作层要有足够的厚度,以满足磨损后加工修复的要求。
  国内外焊管轧辊传统设计使用的材料均为合金锻钢。美国设计使用D2、H13;德国设计使用X155CrVMo12-1(或X165CrMoV12)、X40CrMoV5-1;日本设计使用SKD11、SKD61;1997年我国制订的YB/T 128-1997《焊管轧辊技术条件》黑色冶金行业标准,轧辊材质选用了GCr15、Cr12、Cr12MoV、35CrMoV、40Cr、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、65Mn。2008年我国制订的GB/T13314-2008 《锻钢冷轧工作辊 通用技术条件》国家标准,轧辊材质选用了9Cr2、8Cr2MoV、9Cr2Mo 、9Cr2MoV 、9Cr3Mo、8Cr3MoV、8Cr5MoV。主要适用于金属板带等冷轧机用的整体锻造合金钢冷轧工作辊及中间辊,9Cr2Mo 、9Cr2MoV在焊管轧辊中也有使用。
  Cr12Mo1V1(D2、X155CrVMo12-1、SKD11)是国际上广泛应用的优质冷作模具钢。21世纪初,国内就有研制应用于冷轧板带的锻造Cr12Mo1V1轧辊(Φ63.5×1444mm、Φ73.5×1444mm)替代进口的报道,不但使用效果达到进口产品水平,且显著提高钢板的光亮度,但目前国内尚未见生产锻造Cr12Mo1V1焊管轧辊的报道,只有生产直径小于Φ600mm的锻造Cr12MoV轧辊。试验证明,国产锻造Cr12MoV轧辊的耐磨性与美国、德国、日本生产的锻钢轧辊尚有差距。
  21世纪初,国内出现了焊管生产用铸造高铬合金轧辊替代进口的轧辊,完全达到了进口高档轧辊水平。1997年我国制订的YB/T 128-1997《焊管轧辊技术条件》黑色冶金行业标准已经不能满足我国焊管行业和焊管轧辊行业快速发展的需要,国家标准化管理委员会 综合【2013】56号“关于下达2013年第一批国家标准制修订计划的通知”中规定,由山东四方公司负责起草制订《焊接钢管轧辊》国家标准,计划项目编号为20130733-T-605,主管部门:中国钢铁工业协会,技术归口单位:全国钢标准化技术委员会。
  山东四方公司于当年成立标准起草工作组,专项负责标准制订工作。标准工作组先后通过发函调研、实地走访等方式, 收集了国内外相关资料及进口美国、德国、日本等焊管轧辊的使用情况和相关企业建议。通过整理分析征集到的资料,结合相关政策要求,先后完成了标准讨论稿、预审稿、送审稿及各文稿的编制说明。经全国钢标准化技术委员会于2014年10月25日召开的审定会审定,评价为国际先进水平。标准工作组根据审定会意见,进行了认真修改,于2014年10月完成了标准报批稿。
  2焊管轧辊的特性与选用原则
  2.1焊管轧辊的特性
  焊管轧辊属非圆柱形的变直径异型轧辊,主要特征是规格品种繁多,同规格品种批量少,多数一张图纸只制作1-2件。成品轧辊单重大的可达每件十几吨,小的单重每件不足10公斤。焊管轧辊要求有一定厚度的工作层,以满足修复后仍能保持相同的使用性能,即保证使用寿命。
  为满足焊管行业装备、产品多样化的格局,即焊管行业对焊管轧辊的需求呈现高档次轧辊和普通档次轧辊需求并存的局面,因此本标准制定基于这个现实,遵循在引领技术进步的同时照顾一般的原则,选用了8种材质的锻造轧辊和3种材质的铸造轧辊,其中既有普通水平的锻造轧辊,也有达到国际先进水平的锻造Cr12Mo1V1、Cr12MoV轧辊,还有我国自主开发达到国际先进水平的铸造ZCr15、ZCr20、ZCr25轧辊。
  2.2焊管轧辊的选用原则
  轧辊材质选择的总原则是在满足服役条件要求的基础上进行性价比考核。在具体选择轧辊材质时主要从以下几个方面考虑:
  1)要有高的耐磨性和合适的硬度
  材料的耐磨性不仅取决于它的宏观硬度,也取决于它的硬质相(碳化物)的类型、数量、形状、分布状态等微观组织和基体的强韧性。材料的硬度决定了金属对其表面变形的抵抗能力,但是同样硬度的不同材料,有的就容易产生磨粒的剥落,即形成磨屑,有的就不易形成,这是由材料基体的强韧性和碳化物类型决定的。对于相同硬度的材料,碳化物硬度高、基体强韧性好的更耐磨。对于轧辊硬度,要求表面硬度均匀,工作层里外硬度一致,无落差。具体硬度值应根据轧辊的使用部位决定。轧辊表面的耐磨性和硬度不仅影响轧辊的使用寿命,而且影响轧材外形尺寸和表面质量。
  2)要有足够的强度和韧性
  如果轧辊只有高的耐磨性和硬度,没有好的强度和韧性,轧辊在使用中可能发生整体破裂或表面掉皮、裂纹,影响轧辊使用的可靠性及安全性。
  3)对于特殊条件下工作的轧辊还应有一定的红硬性,热强性和耐激冷、激热性。如焊管挤压轧辊,焊管热定径轧辊等。
  4)要有一定的冷加工和热加工性能
  冷加工是指车床、磨床、铣床、钻床等加工。有一定的冷加工性能,有利于用户在使用中的修复。热加工是指铸造、锻造和热处理。
  轧辊材质是轧辊性能的决定性因素,性能要求的依据是轧辊的服役条件,选择时要在满足具体服役条件的基础上,留有发展的余地,比如轧材从普碳钢材质发展到合金钢、高强钢、不锈钢等材质时,会对轧辊提出更高的要求。在对轧辊材质、选材原则有个基本了解的基础上具体选择每批轧辊的材料,有如下几个原则:
  ◆轧材质量第一的原则,表面质量要求高,尺寸、形状精度要求高的,轧辊选好材料。即便批量不大,选低档材质轧辊,也保证不了轧材表面质量和精度。
  ◆考虑轧材厚度、钢级、成品形状等变形难度的原则,变形难度大,力量大的选好材料轧辊,这是实现辊弯变形生产可靠的前提。
  ◆轧材批量大小的原则,是几百吨,还是几万吨,批量大的,轧辊选好的材料。
  ◆轧制速度高低的原则,轧制速度高的,轧辊选好材料。