本文依托国家863计划课题“重大装备用轴承钢关键技术开发”开展研究,解决时速200～250公里高速列车轴承用材料GCr15轴承钢生产中遇到的问题,促进高速列车轴承钢的国产化。GCr15轴承钢高温轧制进行穿水冷却后,晶界处易出现网状碳化物,对轴承钢的硬度、韧性及疲劳寿命均产生较大影响；另外,球化组织中碳化物的尺寸和分布也会影响最终的组织和性能。针对这些问题,进行了控轧控冷实验,以改进生产现场的轧制和冷却工艺；在实现热处理组织均匀化的前提下,进行了一系列球化退火实验,寻求合适的退火工艺,论文主要工作如下：(1)利用相变仪进行了高温连续冷却转变实验,研究了GCr15轴承钢在高温连续冷却条件下的组织转变类型及组织演变规律。二次碳化物的析出温度区间700～900℃,随冷却速度的增加,二次碳化物析出由紧密的网状分布转变为半网状,最后弥散析出,抑制网状二次碳化物析出的临界冷却速度为8℃/s。(2)利用热力模拟实验机进行了高温变形及控冷工艺模拟。在790-870℃之间,随变形终止温度的升高,二次碳化物析出量先降低再升高,珠光体片层间距逐渐增大；随冷却速度的增加,二次碳化物由网状分布转变为半网状分布,最后弥散析出,珠光体球团直径和片层间距逐渐减小；终冷温度为600℃时,珠光体球团较为致密,在晶界处为半连续的碳化物网状结构；终冷温度升高到700℃时,组织为典型的片层状珠光体结构,晶界处的网状碳化物比较明显。(3)对GCr15轴承钢进行控轧控冷实验,分析了不同冷却工艺参数对轴承钢组织性能的影响。随终轧温度的升高,珠光体球团直径和片层间距逐渐增大；随冷速的增加,珠光体球团直径和片层间距明显减小,网状碳化物级别明显降低；随终冷温度的降低,珠光体球团直径和片层间距减小,网状碳化物级别降低。冲击韧性和硬度与珠光体片层间距呈反比,。终冷温度达到650℃时,有少量退化珠光体生成。(4)等温退火实验,分析各阶段工艺参数对球化效果的影响。奥氏体化温度过高时,易出现粗大的碳化物；随保温时间的增加,粒径分布趋于均匀；随等温温度的升高,碳化物平均直径逐渐增大,温度过低时易出现杆状碳化物；等温2h时碳化物平均直径达到最大,但分布较为均匀。硬度与球状碳化物的平均直径呈反比。确定优化的等温退火工艺为加热至800℃、保温5h,随炉冷却至720℃等温2h,缓冷至650℃空冷。在此工艺下,碳化物得到充分球化,且尺寸分布均匀。(5)对不同控轧控冷工艺的GCr15轴承钢进行等温球化退火,分析原始组织对球化效果的影响。终轧后水冷至680℃,试样碳化物球状度较好,尺寸分布均匀,平均直径为0.32μm。