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本文通过两步法制备碳纳米管（CNTs）纳米流体，首先通过化学气相沉积法生产CNTs，然后再将其加入基液中形成稳定的纳米流体。采用X-Y函数记录仪（LM20A-200），并且使用Φ22mm×50mm的45号钢做为温度探头，测定了水、水基-CNTs纳米流体、N46号机油以及油基-CNTs纳米流体的冷却特性曲线。通过扫描电镜（SEM）、旋转粘度计、粒度分析（PSD）以及DSA100接触角仪对CNTs纳米流体进行了表征。研究了CNTs含量、SDBS分散剂、淬火液温度对CNTs纳米流体冷却特性的影响和N46号机油以及油基-CNTs纳米流体对45号钢显微组织以及硬度的影响。还研究了利用余热淬火生产125mm直径大断面40Mn2锻钢的球热处理工艺，原材料质量，淬火介质对钢球机械性能和生产成品率的影响。研究表明：通过了对CNTs进行球磨、酸处理、表面改性和超声分散之后,CNTs能够稳定地分散在基液中。CNTs含量为0.2wt%时，纳米流体的冷却能力大于水，水基-CNTs纳米流体冷却特性随着CNTs含量进一步增加而逐渐下降。添加分散剂SDBS的纳米流体的冷却速度明显低于未加分散剂SDBS的纳米流体的冷却速度。水基-CNTs纳米流体淬火介质的冷却特性随着淬火液温度的升高逐渐下降。油基-CNTs纳米流体在45号钢上的接触角在12°至19°之间，比N46号机油的大，并且随着CNTs含量增加，接触角逐渐增大,其润湿性有所下降。随着CNTs含量增加，油基-CNTs纳米流体的粘度增加，并且都大于N46号机油的粘度。随着CNTs的加入，介质的冷却速度提高了，而且随着CNTs含量增加，冷却速度逐渐增大。采用含量为1.5wt%油基-碳纳米管纳米流体淬火液和N46号机油分别对45号钢进行淬火处理，结果显示使用油基-碳纳米管纳米流体淬火液淬火后45号钢的硬度有所提高。从成品率考虑，水不适合作为利用余热淬火，大规模连续生产大断面低合金钢锻钢球的淬火介质。PAG有机淬火介质可以有效降低淬火处理大断面低合金钢锻钢球的废品率，使钢球淬硬层厚度最大达到20mm，钢球质量稳定，冲击韧性高，适合用于淬火生产大断面低合金钢锻钢球淬火工艺加工。