轧辊是轧制用的重要工具，也是轧制生产中最主要的消耗备件之一，其使用性能直接影响生产的安全、效率和成本以及产品质量。轧辊内部不均匀分布的残余应力是造成轧辊异常失效的原因之一，因此，定量无损测量出轧辊内残余应力的分布状态对指导轧辊使用非常重要。本文在对现有的各种残余应力测量方法进行分析比较的基础上，提出采用基于临界折射纵波的超声波应力测量技术对现场轧辊进行应力测量的方法。 对超声波临界折射纵波的产生机理和特性进行了理论研究，在此基础上对基于临界折射纵波的超声波应力测量的基本原理进行了系统的研究，并推导出应力改变量与应力常数和声时差之间的关系，同时对影响超声波应力测量精度的材料织构、组织、温度、工件表面状态、耦合剂和耦合位置等影响因素分别进行了分析。 建立了一套采用“一发两收”模式的基于临界折射纵波的超声波应力测量系统，用于轧辊表面残余应力的测量和分析。开发了一套超声波应力测量分析软件，对应力常数进行标定以及对轧辊表面残余应力测量结果进行分析与比较。 研制一套超声应力常数的标定装置，对不同材质的材料进行应力常数标定。对5％Cr钢和球墨铸铁二种材料的应力常数进行了测定。临界折射纵波在每种材料中传播速度的变化量与材料中应力的改变量具有线性关系，但不同材料的应力常数存在一定的差别。 对5％Cr圆板以及球墨铸铁和5％Cr标定板进行超声波应力测量的同时，采用X射线衍射法和盲孔法这两种成熟的应力测量技术进行应力测量，并对这三种测量方法得到的结果进行了比较，认为基于临界折射纵波的超声波应力测量法可用于进行应力测量。 研制了可供现场轧辊进行应力测量的超声波探头装置。该装置与超声波应力测量系统配套使用，对宝钢现场使用的轧辊进行了残余应力测量，得到了较为理想的应力测量结果。