支承辊是轧机设备中最重要的零件之一,淬火工艺是调整支承辊内部组织和应力分布、提高产品服役寿命的关键技术。因此对支承辊的淬火工艺展开研究,选用合适的实验设计及统计方法,提高大型支承辊的使用性能具有十分重要的意义。首先,以某厂生产的大型Cr5锻钢支承辊为研究对象,运用有限元数值模拟技术,构建大型Cr5锻钢支承辊淬火冷却过程温度场、组织场及应力应变场相互耦合的数学模型,并通过HYPERMESH对其进行精度较高的六面体网格划分,进而利用非线性有限元软件DEFORM对其连续喷雾淬火工艺进行数值模拟,分析在喷雾淬火过程中,该支承辊中截面特征节点的温度、瞬时应力与组织转变的变化规律,并给出淬火后支承辊温度场、组织场和应力场的分布规律。然后,针对模拟结果中出现的喷雾淬火后淬硬层深度较浅、中截面温度梯度较高和淬火残余应力较大等淬火工艺的不足,通过采用田口方法对支承辊淬火过程的工艺参数进行优化设计,以支承辊喷雾淬火后表面与中心温差、淬硬层深度和轴向残余拉应力为性能指标,选取淬火温度、淬火方式、冷却时间和介质温度为控制因子;工件转移时间、环境温度和淬火温度测量误差为噪声因子,对大型支承辊的喷雾淬火工艺进行优化设计,通过方差分析找到影响目标的显著因素,并对影响因子进行分类,综合分析得到大型Cr5锻钢支承辊较好的淬火工艺参数组合。接着,对优化前后支承辊的温度场、组织场和应力场进行对比分析,结果显示该工艺能有效地提高支承辊的淬硬层深度,并降低该支承辊的淬火残余拉应力和辊身中截面温度梯度;对优化结果进行了物理模拟实验,从而验证了数值模拟结果的准确性和田口方法的有效性。最后,对经淬火处理的大型Cr5锻钢支承辊的后续回火过程进行了数值模拟,并给出了该支承辊在回火过程中的内部应力分布及演化规律。论文的研究成果对大型支撑辊淬火冷却工艺制定和工艺优化具有一定的指导意义。