由金属学理论可知，金属制品的综合力学性能取决于金属材料的微观组织状态，材料热变形的再结晶行为对微观组织具有显著的影响，因此，准确描述材料的再结晶行为可以为预测特定工艺下产品的微观组织，预判产品的综合力学性能提供依据，进而达到指导和改进生产实践的目的。本文以高性能轴承环微观组织可控性制造为研究目标，以GCr15轴承钢热环轧工艺过程为研究对象，通过弹塑性力学分析、变形体运动学分析以及成形物理模拟实验和成形工艺实验，结合热力学原理及材料学理论，研究GCr15轴承钢热环轧工艺过程材料再结晶行为；开展热模拟等温压缩实验，构建GCr15轴承钢热变形状态下的宏观本构方程、微观再结晶模型；基于实验研究及理论分析，在Simufact软件平台上建立GCr15轴承钢热环轧工艺过程宏观塑性变形和材料再结晶行为的耦合数值模型，计算GCr15轴承钢热环轧工艺过程宏观应力-应变场及材料再结晶后微观组织状态分布规律，揭示GCr15轴承钢环轧工艺过程中材料再结晶行为对微观组织的作用规律；为高性能轴承环的可控性制造提供可靠的理论依据和设计方法。具体研究以经典的再结晶模型为基础，使用Gleeble-3500热-力模拟系统对一种最常用的轴承钢GCr15热变形过程中的再结晶行为进行了研究，先后开展了奥氏体晶粒长大实验，单道次热压缩实验，双道次热压缩实验和单道次热压缩-保温实验，基于实验数据求解了一系列数理方程，得到了能够准确描述其再结晶行为的晶粒长大、动态再结晶、静态再结晶模型。为后续的有限元模拟奠定了良好的基础。使用有限元模拟软件Simufact将实验所得的GCr15再结晶模型嵌入其材料库，与材料库中自带的一种化学成分与GCr15轴承钢接近的100Cr6钢进行了同模型下的有限元模拟比对，结果表明GCr15再结晶模型可以成功嵌入数据库，在描述简单的热变形模型时结果良好，但是在复杂的径向热环轧模型中GCr15的计算结果还存在一些问题，说明这一研究思路可行，但还需要进行进一步的优化和探索。