本文针对在高温加热炉内从钢管坯炉内辊表面的氧化铁粘附引起的钢管表面质量差难题，结合钢管加热炉改造工程实际，对原有炉内辊进行了改进设计与材料优选研究。采用高温氧化铁力学行为的薄板形变模型分析表明炉内辊不粘钢的条件是辊面温度控制在860℃以下。在此基础上，设计了辊体内壁通水冷却的新型炉内辊，用出水口截面积大于进水口截面积方案提高了炉内辊的使用性能。解析模型分析表明新、旧型炉内辊结构参数与冷却方式是影响粘钢的重要因素。解析模型和有限元模型分析均表明，在使用初期，新型炉内辊内外表面温差大，产生于炉内辊内壁的最大周向热拉应力大于1200MPa。尽管如此，实际过程中可能是由于热应力使内壁表面开裂后得到松驰，裂纹未深入扩展，因而新型炉内辊未出现初期断裂失效现象。建立了炉内辊磨损量和炉内辊表面温度、热应力的实时动态关系曲线，为炉内辊的使用安全性提供了判断标准；建立了不同导热系数材料的温度-磨损曲线，为炉内辊材料性能的优化设计提供了参考。优选出的高Cr高Ni高W耐热钢，满足了制备新型炉内辊的要求。工业试验表明新型炉内辊达到了不粘钢的效果。