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随着工业化进程的推进,大型半自磨机的应用越来越广泛,大直径磨球作为易磨损部件,每年的消耗量巨大。依据可持续发展的战略部署,亟需开发一种生产能耗低,且具有高硬度、高韧性的大直径磨球。贝氏体/马氏体复相钢因其良好的硬度韧性配合,成为生产耐磨部件的理想材料。本论文结合课题实际生产要求,以Φ150rmm大直径磨球作为研究对象,在课题组前期关于成分研究成果的基础上,对合金成分进行了一定优化,并结合实际工况,制定出一种制备大直径磨球的锻造工艺参数。本着降低能耗,控制成本的目的,本文提出了一种反复水冷-空冷交替的新型热处理工艺,通过数值模拟技术对大直径磨球在水冷-空冷交替过程中的温度场进行模拟,并验证模拟结果的正确性。结合CCT曲线的测定制定出合理的热处理工艺参数。对论文优化合金成分配比后的中碳低合金钢,利用锻造工艺制备Φ150mm的大直径磨球,并利用优化后的热处理工艺参数对大直径磨球进行反复水冷-空冷的热处理,利用彩色金相分析和定量金相分析技术,区分并计算不同工艺所得到的贝氏体/马氏体复相组织中各物相的相对含量,并结合性能分析,得出不同物相含量对大直径磨球各部位性能的影响规律,从而得出贝氏体马氏体含量与大直径磨球性能之间的关联,为高性能贝氏体/马氏体复相钢大直径磨球在制备过程中的组织控制提供理论依据。研究结果表明：成分为C～0.4-Si～1.8-Mn～2.3(wt%)的钢适合利用锻造的方法来制造大直径磨球；锻造坯料尺寸为Φ110×186mm,锻坯高径比(H/D)为1.69；锻造前对坯料进行900℃退火,保温后随炉冷却,冷却至300℃出炉空冷；选用模锻吨位1000kg进行模锻,锻造升温速度3～4℃/s,初锻温度1050℃,终锻温度为950℃,可得到表面及内部无宏观裂纹的Φ150mm大直径磨球。利用彩色金相技术能够区分物相,结合定量金相分析,可以计算出复相组织中下贝氏体、马氏体及残余奥氏体各物相的占比；通过组织与力学性能分析,对于选定成分为C～0.4-Si～1.8-Mn～2.2的中碳低合金贝氏体钢Φ150mm大直径磨球最优热处理工艺参数为：奥氏体化温度为900℃,保温150min后反复水冷-空冷交替,水冷10s+空冷15s三个循环后,340℃盐浴等温淬火3h。所得大直径磨球由心部到表层获得良好的综合力学性能。同时发现贝氏体转变具有不完全性,通过控制水冷-空冷时间及循环次数并不能改变贝氏体生成量,而反复水冷-空冷的热处理工艺在马氏体相变过程中相当于梯度降温过程,可打破奥氏体与马氏体转变的相平衡,从而通过不同的水冷空冷控制马氏体生成量。