GCr15鋼軋輥用于對(duì)lCr18Ni9Ti不銹鋼帶冷軋加工，工作時(shí)軋輥轉(zhuǎn)速為15r/min。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，短期內(nèi)發(fā)生十幾根冷軋輥斷裂失效事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失很大。

軋輥宏觀斷口分析發(fā)現(xiàn)，冷軋輥在軸根部直角刀口處發(fā)生斷裂，為低周疲勞斷裂(3.15×103周次斷裂）；初始斷面與軸線呈基本垂直態(tài)，瞬斷區(qū)和軸線夾角約45°，并位于裂紋源對(duì)面，呈對(duì)稱位置。從斷口分析看出，工件斷面的20%-40%為疲勞區(qū)，斷面呈齊平光滑形貌，有許多疲勞臺(tái)階和放射形條紋分布，沿裂紋擴(kuò)展方向發(fā)散，疲勞擴(kuò)展區(qū)呈黑褐色，乃由氧化所致。在疲勞斷口平滑區(qū)域可看到貝紋帶狀，其細(xì)密疲勞弧線呈平行態(tài)分布，并圍繞斷裂源形成凹杯狀形貌，說明材料對(duì)缺口很敏感。

從上面斷口特征可知，軋輥斷裂屬交變單向彎曲疲勞斷裂。疲勞源在軸肩表面處，裂紋向內(nèi)延伸。觀察發(fā)現(xiàn)，其疲勞擴(kuò)展區(qū)疲勞輝紋稀疏，俗稱“年輪”間距較大，表明裂紋承受應(yīng)力大，擴(kuò)展迅速；同時(shí)伴有解理斷裂的解理臺(tái)階和河流花樣特征，河流花樣條紋與疲勞輝紋垂直，呈從屬狀態(tài)特征，斷口形貌顯示破斷區(qū)面積大，表明軋輥斷裂時(shí)應(yīng)力很大。

分析認(rèn)為，軸肩根部圓角加工粗糙，圓角與輥頸相切處有加工臺(tái)階，疲勞源和裂紋源處于直角臺(tái)階刀口處，這里正是應(yīng)力集中應(yīng)力最大處；軸肩根部輥頸加工臺(tái)階刀口處是工件斷裂的原因之一。通過疲勞源處金相觀察發(fā)現(xiàn)，輥頸加工刀口臺(tái)階處有微細(xì)裂紋，裂紋呈直線尖部鋒利，裂紋周圍組織均勻，未發(fā)現(xiàn)氧化脫碳，系淬火裂紋；軋輥軸肩粗糙加工刀口處是加工應(yīng)力區(qū)，淬火時(shí)受到熱應(yīng)力和相變引起的表面拉應(yīng)力（組織應(yīng)力）疊加成為應(yīng)力集中高危區(qū)，當(dāng)疊加淬火應(yīng)力超過材料強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生淬火裂紋，裂紋快速擴(kuò)展使工件斷裂。軋輥斷裂疲勞源區(qū)域金相分析發(fā)現(xiàn)，工件正火與球化退火后組織中存在半網(wǎng)狀碳化物，碳化物網(wǎng)破壞材料的連續(xù)性，而這種網(wǎng)狀淬、回火工藝不能去除。碳化物網(wǎng)狀降低了金屬的抗疲勞性能，使材料脆化，網(wǎng)狀碳化物是軋輥疲勞斷裂的一個(gè)主要原因。

檢驗(yàn)分析鍛件組織發(fā)現(xiàn)，鍛件組織晶粒粗大，并且有折疊缺陷。從上述組織可知鍛造溫度高，冷卻過慢，晶界處有封閉網(wǎng)狀碳化物，鍛造組織和性能差。

為消除碳化物網(wǎng)狀，采用高頻感應(yīng)淬火機(jī)進(jìn)行熱處理時(shí)，其正火溫度應(yīng)為Acm+50℃，采用930-950℃正火處理(GCr15鋼Acm溫度為900℃），球化退火為790-810℃和710-720℃二段退火：鍛后冷卻在易形成網(wǎng)狀碳化物溫度區(qū)695-707℃快冷，防止形成網(wǎng)狀碳化物；同時(shí)為防止出現(xiàn)白點(diǎn)，應(yīng)嚴(yán)格控制終鍛溫度。

采用改進(jìn)的軋輥熱處理工藝后，未發(fā)現(xiàn)斷裂缺陷，而且軋輥的質(zhì)量和使用壽命都得到了很大的提高，滿足了技術(shù)要求，可以在生產(chǎn)生活中大面積的推廣使用。