随着航空工业的快速发展,航空发动机用高温轴承钢的开发显得日益迫切。为保证高温轴承钢的综合性能,目前高温轴承钢在成分设计上基本秉持―低碳+高合金‖的设计思路。冷处理工艺具备成本低廉、工艺简单、环保无污染等特点,同时可以有效降低高合金钢中的残余奥氏体含量、控制钢中碳化物尺寸并促进碳化物弥散分布。因此,在常规热处理之外引入冷处理工艺可以提升钢材的综合性能。本文以一种新型低碳高合金轴承钢为研究材料,使用XRD、SEM及TEM等测试手段,对不同冷处理工艺的试样钢微观组织及结构进行表征,同时测定了试验钢硬度与冲击韧性等力学性能,以研究试验钢力学性能与微观组织的对应关系。此外,还探究了在热处理与冷处理的不同阶段试验钢微观组织及结构的演化过程。研究结果表明,淬火态试验钢经回火及不同冷处理交替处理后残余奥氏体含量明显降低,残余奥氏体由淬火后的大尺寸块状转变呈薄膜状分布于在板条马氏体之间,残余奥氏体与马氏体保持K-S关系。残余奥氏体的含量随冷处理温度的降低而小幅下降,而随冷处理时间的延长,残余奥氏体含量则基本保持不变。不同冷处理工艺的试验钢中均存在一定数量的M6C型碳化物,冷处理温度降低可以改善碳化物分散均匀性,当冷处理温度为-80℃时,碳化物基本沿奥氏体晶界分布,当每次冷处理时间由2h延长至4h后,平均粒径由大约230nm增至250nm。当处理温度降为-120℃时,碳化物分布更加均匀,随冷处理时间延长,碳化物的平均粒径由大约210nm增至大约215nm;当冷处理温度降至-196℃时,碳化物发生明显粗化,在冷处理为2h和4h的试样中,碳化物的平均粒径分别大约为280nm和310nm。试验钢硬度随冷处理温度降低硬度值略有升高,冷处理温度为-80℃、-120℃与-196℃时,当每次冷处理时间为2h时,硬度值分别为49.3HRC、50.6 HRC及52.2 HRC,冲击吸收功分别为80J、89J及79J;当每次冷处理时间延长至4h,试验钢硬度值基本保持不变,冲击吸收功略有降低。试验钢在淬火后得到板条马氏体,经深冷处理后板条内部位错增殖,位错运动导致条亚界面雏形形成。回火处理后马氏体板条亚界面最终形成,并将淬火形成的原始马氏体细化成2~3条亚板条,马氏体板条平均宽度由大约390nm降至大约120nm。经淬火处理后,试验钢中形成少量孪晶,孪晶以亚结构存在于马氏体板条内部;深冷处理后的试验钢中孪晶数量增多,部分孪晶贯穿马氏体板条界面并大面积分布于试验钢之中;在淬火及深冷处理过程中形成的孪晶在回火处理后形态基本保持不变;孪晶的电子衍射分析表明试验钢中的孪晶均为{112}<111>孪晶。