碳化物是冷轧工作辊(简称冷轧辊)用钢中重要的硬质相，决定着冷轧辊的使用寿命。而冷轧辊中碳化物种类繁多、形貌各异、尺寸多样、数量和分布也各不相同，如何控制碳化物的生成规律以优化冷轧辊的力学性能，是轧辊行业一直关注的难点问题。本文研制了一种新型冷轧辊用钢，研究了该试验用钢在凝固冷却过程中所发生的相变反应和碳化物的析出规律，分析了试验用钢中碳化物的微观力学行为；模拟并预测了碳化物周边的开裂行为，探讨了碳化物尺寸、正方度、取向及载荷对裂纹扩展的影响。同时对新型冷轧辊的锻造行为进行了模拟，并对轧辊锻造临界值进行了预测。新型冷轧辊用钢中，共晶碳化物包括共晶MC和共晶M2C，两者在1240oC三元共晶反应时同时生成。共晶MC呈树叶状，排列较为疏松；共晶M2C呈纤维状，排列紧密。两者均以枝晶形式生长且相互混合沿晶界分布。共晶MC以VC和WC两种形式存在；共晶M2C则以V2C和Mo2C形式存在。随着温度的降低，晶界处的共晶碳化物逐渐被二次碳化物取代。二次MC在1200oC时从晶界处析出，呈条状、块状或棒状，其长大过程伴随着共晶MC的溶解。二次M2C是共晶M2C长大的产物，其形貌呈条状和蜂窝状。M7C3在1150oC时从晶界处析出，属于六方晶系(Fe,Cr)7C3，其形貌呈菊花状和迷宫状。M23C6在900oC时从奥氏体基体中析出，并在晶内弥散分布，M23C6为立方晶系Cr23C6。冷轧辊用钢的碳化物中，MC的硬度和弹性模量最高，而M7C3的断裂韧性最好。在磨损过程中，共晶碳化物的主要磨损机制包括切削、脆性断裂以及碳化物与基体的分离。共晶碳化物脆性断裂是共晶碳化物发生穿晶裂纹的主要原因，而碳化物与基体分离是沿晶裂纹产生的主要原因。共晶碳化物枝晶的团簇状聚集分布能够提高试验用钢的表面抗力并有效地阻止裂纹扩展。垂直于划痕方向的穿晶裂纹易于在二次碳化物内部产生，而划痕边缘处的二次碳化物穿晶裂纹方向则与划痕方向平行。在三种二次碳化物中，二次MC的内部裂纹最易失稳扩展并导致碳化物破碎剥落；二次M2C和M7C3韧性较好，碳化物破碎剥落现象不明显。在磨损过程中，碳化物能有效地保护基体，而基体能够通过塑性变形的方式缓解碳化物区域承受的较高内应力，并对碳化物起着支撑和保护作用，同时还能有效地防止裂纹扩展。碳化物在受力变形过程中，其尺寸、正方度(b/a值)和取向以及所受载荷的大小、方向均对裂纹的萌生位置产生影响。当碳化物尺寸较大且正方度较小时，往往在碳化物内部形成穿晶裂纹，反之则会在碳化物边缘产生沿晶裂纹。载荷增加，沿晶裂纹向穿晶裂纹转变，而穿晶裂纹的开裂位置则向碳化物两极移动。裂纹在碳化物周边扩展时，碳化物内部出现应力集中现象。碳化物对裂纹扩展起到阻碍作用，其中碳化物尺寸的影响最为明显。模拟结果表明，新型冷轧辊锻造过程可以分为七个道次。锻造初期温降普遍较大，后期温度下降不明显，且锻造区域温度场和应力场分布极不均匀。当轧辊表面温度低于1000oC时，部分参数已经超出极限范围，不宜继续进行锻造。通过分析温度、锻造速度和锻造位置对锻件最大等效应力、最大压下量和模具最大Z向受力的影响，绘制了冷轧辊的锻造极限图。根据锻造极限图可知，在1050oC以上进行锻造时，锻件端部压下量最大；在1050-1000oC温度段时，锻件1/4处压下量最大，而端部最小。