本文是在一种新型轴承钢的基础上,采用马氏体相变强化和析出相强化的设计方法设计了一种具有超高强度和良好塑韧性的低碳马氏体Fe-Cr-Co-Ni-Mo系高性能轴承钢为试验材料。通过OPM.SEM.XRD.TEM和力学性能测试等实验手段研究了淬火温度、冷处理+回火次数、回火温度等对试验用钢组织和力学性能的影响,探讨了热处理工艺、组织与力学性能之间的关系。在1020～1050℃淬火后,试验用钢的组织以板条马氏体为主,并含有16%左右的残余奥氏体；随着淬火温度的升高,原始奥氏体晶粒长大,马氏体板条束逐渐变粗大。在105℃淬火后,由于淬火温度过高组织中出现了呈网状分布在原始奥氏体晶界处的δ-Fe；奥氏体晶粒的增大和δ-Fe的出现,导致试验用钢的HRC逐渐下降。通过研究不同冷处理+回火次数下试验用钢组织中的残余奥氏体含量可知,淬火后在-75℃进行2h一次冷处理可以极大的促进残余奥氏体的转变,残余奥氏体量下降了约75.4%；第二次冷处理后,残余奥氏体的转变量明显降低。试验用钢经过二次冷处理后的组织中仍含有少量的残余奥氏体,说明二次冷处理并不能使残余奥氏体完全转变。试验用钢在1040℃淬火(Q)→-75℃一次冷处理(QC)→510℃一次回火(QCT)→-75℃一次冷处理(QCTC)-→510℃二次回火(QCTCT)后的组织均为板条马氏体+少量的残余奥氏体；随着冷处理+回火次数的增加,马氏体板条得到细化。奥氏体含量的减小和马氏体板条的细化使得试验用钢的洛氏硬度随冷处理+回火次数的增加而增大,而冲击韧性下降。试验用钢经过二次冷处理后,在485-525℃二次回火后的组织以细小弥散的回火马氏体为主,并含有2%左右的残余奥氏体。随着回火温度的升高,马氏体基体的固溶强化作用减弱而析出强化作用增强使得试验用钢的抗拉强度(Rm)、屈服强度(R0.2)和洛氏硬度(HRC)均有所上升,而伸长率(δ)和冲击功(Ak)均略有下降。试验用钢在525℃二次回火后具有良好的综合力学性能：Rm=1848.0 MPa；R0.2=1505.0MPa；δ=16.75%；强塑积为30.95 GPa.%；屈强比为0.80。在试验研究的温度范围内1040℃×1h淬火+-75℃x2h一次冷处理+525℃x2h一次回火+-75℃x2h二次冷处理+525℃x2h二次回火为试验用钢的最佳处理工艺。