大型锻件所要求的综合力学性能都比较高，而这些指标都是通过热处理来获得的。热处理是保证锻件内部质量、满足性能要求的关键环节。利用数值模拟技术对大型锻件淬火冷却过程中的温度场和组织场进行计算，可以直观的呈现整个冷却过程中任意时刻任意位置的温度分布和组织分布，对控制和保证大型锻件的质量有着及其重要的意义。本文根据钢的基本相比容大小关系，利用膨胀法在Formastor-F全自动相变测定仪上测得支承辊材料45Cr4NiMoV钢的TTT曲线。基于有限元法，建立淬火冷却过程的非稳态温度场数学模型，该模型考虑了材料导热系数、比热容等非线性热物性参数的影响。把相变动力学方程和孕育期叠加原理相结合，建立组织转变的数学模型，把连续冷却过程离散化，这样对于每一个小的阶梯都可以按照等温转变来处理。本文根据Avrami方程与Scheil叠加原理相结合的扩散型相变动力学模型，以及非扩散型相变动力学模型K-M方程，利用有限元软件DEFORM的热处理模块，对3500mm炉卷轧机支承辊的热处理过程进行了模拟，分析了支承辊热处理过程中的温度分布，预测了支承辊淬火过程中的组织分布。本文将田口稳健设计优化技术和有限元数值模拟技术相结合，并将他们应用于大型支承辊淬火工艺的优化设计中。以马氏体含量50%处距表面的深度作为目标特征值，以淬火方式、淬火温度、冷却时间和淬火介质温度为控制因素，淬火温度测量波动、工件转移时间和车间温度为噪声因素，对支承辊的淬火工艺进行优化设计。根据初始方案和优化方案的模拟计算对比，可以看出马氏体层深度有明显的加深，为大型锻件热处理工艺的制定提供了有效的理论依据。