采用高频感应淬火机进行热处理，GCr15钢冷轧辊断裂失效缺陷不见了

GCr15钢轧辊用于对lCr18Ni9Ti不锈钢带冷轧加工，工作时轧辊转速为15r/min。生产中发现，短期内发生十几根冷轧辊断裂失效事故，严重影响生产，经济损失很大。

轧辊宏观断口分析发现，冷轧辊在轴根部直角刀口处发生断裂，为低周疲劳断裂(3.15×103周次断裂）；初始断面与轴线呈基本垂直态，瞬断区和轴线夹角约45°，并位于裂纹源对面，呈对称位置。从断口分析看出，工件断面的20%-40%为疲劳区，断面呈齐平光滑形貌，有许多疲劳台阶和放射形条纹分布，沿裂纹扩展方向发散，疲劳扩展区呈黑褐色，乃由氧化所致。在疲劳断口平滑区域可看到贝纹带状，其细密疲劳弧线呈平行态分布，并围绕断裂源形成凹杯状形貌，说明材料对缺口很敏感。

从上面断口特征可知，轧辊断裂属交变单向弯曲疲劳断裂。疲劳源在轴肩表面处，裂纹向内延伸。观察发现，其疲劳扩展区疲劳辉纹稀疏，俗称“年轮”间距较大，表明裂纹承受应力大，扩展迅速；同时伴有解理断裂的解理台阶和河流花样特征，河流花样条纹与疲劳辉纹垂直，呈从属状态特征，断口形貌显示破断区面积大，表明轧辊断裂时应力很大。

分析认为，轴肩根部圆角加工粗糙，圆角与辊颈相切处有加工台阶，疲劳源和裂纹源处于直角台阶刀口处，这里正是应力集中应力最大处；轴肩根部辊颈加工台阶刀口处是工件断裂的原因之一。通过疲劳源处金相观察发现，辊颈加工刀口台阶处有微细裂纹，裂纹呈直线尖部锋利，裂纹周围组织均匀，未发现氧化脱碳，系淬火裂纹；轧辊轴肩粗糙加工刀口处是加工应力区，淬火时受到热应力和相变引起的表面拉应力（组织应力）叠加成为应力集中高危区，当叠加淬火应力超过材料强度时产生淬火裂纹，裂纹快速扩展使工件断裂。轧辊断裂疲劳源区域金相分析发现，工件正火与球化退火后组织中存在半网状碳化物，碳化物网破坏材料的连续性，而这种网状淬、回火工艺不能去除。碳化物网状降低了金属的抗疲劳性能，使材料脆化，网状碳化物是轧辊疲劳断裂的一个主要原因。

检验分析锻件组织发现，锻件组织晶粒粗大，并且有折叠缺陷。从上述组织可知锻造温度高，冷却过慢，晶界处有封闭网状碳化物，锻造组织和性能差。

为消除碳化物网状，采用高频感应淬火机进行热处理时，其正火温度应为Acm+50℃，采用930-950℃正火处理(GCr15钢Acm温度为900℃），球化退火为790-810℃和710-720℃二段退火：锻后冷却在易形成网状碳化物温度区695-707℃快冷，防止形成网状碳化物；同时为防止出现白点，应严格控制终锻温度。

采用改进的轧辊热处理工艺后，未发现断裂缺陷，而且轧辊的质量和使用寿命都得到了很大的提高，满足了技术要求，可以在生产生活中大面积的推广使用。