高端轴承钢对综合力学性能要求极为苛刻,比如极高的强度、硬度、耐磨性和接触疲劳寿命等,在生产制备过程中对各流程提出了极高的要求。为了提升轴承钢的综合力学性能,需要在材料内加入大量难溶元素,增强材料的固溶强化和析出强化效果。然而,该类元素的添加导致轴承钢生产过程中极易形成非均匀异质组织,严重损害材料的可加工性。因此,通常要在不同阶段针对轴承材料内显微组织特征进行相应的热处理:轴承钢凝固后需要对其进行均匀化热处理消除枝晶间的液析碳化物和元素偏析,为后续热变形处理打下基础;通过控轧控冷抑制沿奥氏体晶界的网状碳化物析出,降低其在成品中的残留率,防止材料在服役过程中沿晶界断裂;采用球化退火工艺对热轧态轴承钢进行处理,在此过程中通过促使渗碳体由片层状逐渐转变成球状颗粒,降低材料抗拉强度、提升断裂韧性,进而改善钢的冷成形性能。热处理工艺是轴承钢生产工艺中常用的处理手段,在过去100多年一直被广泛研究。但是,传统热处理手段存在两方面限制:其一,应用于轴承钢均匀化的一系列热处理手段往往需要较高的温度和极长时间才能达到消除非均质组织的目的;其二,截至目前尚未发现有效的、可完全消除热轧后网状碳化物的技术手段。基于上述两点考虑,亟需开发一种适用于高端轴承钢生产全流程,可消除异质组织结构的高效、绿色处理手段。针对上述问题,本研究采用脉冲电流对铸态、热轧态轴承钢进行差异化处理,对非均质组织进行宏观调控,消除材料内液析碳化物、网状碳化物,并精确控制片层渗碳体球化,提升材料组织均匀性。基于微观组织结构表征、成分分析以及数值计算等手段,研究脉冲电流调控多种类、多尺度、多组态异质结构的机制。研究工作包括三个方面:其一,以GCr15轴承钢连铸坯为研究对象,探索脉冲电流处理与材料铸态组织快速均匀化的相关性,分析脉冲电流下元素偏析系数的变化规律,针对液析碳化物的结构特征建立数学模型,探明脉冲电流下铸态轴承钢中枝晶间组织特征均匀性调控机制。其二,以GCr15轴承钢热轧棒材为研究对象,探索脉冲电流下材料中网状碳化物的溶解行为,计算晶内、晶界处原子扩散速率差异,澄清脉冲电流促进网状碳化物溶解的机理。其三,以GCr15轴承钢热轧棒材为研究对象,探索脉冲电流下片层渗碳体溶解、析出行为,采用脉冲电流处理实现传统球化退火对组织结构的要求,基于片层状渗碳体内微观缺陷特征和脉冲电流下热力学分析,揭示脉冲电流处理促使粒状碳化物在有益尺寸范围内均匀分布的根本原因。本文得出的主要结论如下:（1）研究了脉冲电流下铸态轴承钢中枝晶间组织特征均匀性调控机制。对轴承钢铸态样品施加脉冲电流处理,枝晶间液析碳化物和元素偏析可在1100℃-30min条件下完全消除。与工业均匀化工艺（1220℃-300min）相比,处理温度的降低与处理时间的缩短,有效避免了晶粒的粗化。电流密度非均匀分布和系统电自由能变化是液析碳化物溶解的主要驱动力,电迁移效应显著提高溶质原子的扩散系数进而缩短了均匀化流程。（2）研究了脉冲电流消除热轧轴承钢中网状碳化物的机理。对轴承钢热轧棒态样品施加脉冲电流处理,可在较低温度（740℃）下快速（30min）消除沿原奥氏体晶界分布的网状碳化物。热力学计算证明,在脉冲电流处理过程中晶界上粗大的网状碳化物优先溶解,消除了与晶内碳化物之间的尺寸差异。动力学分析表明,粗大网状碳化物表面存在高密度电流区,强电子风力显著改善其溶解动力学;脉冲电流下晶内、晶界处C原子扩散系数差值为热场下的132倍,晶界扩散在网状碳化物溶解过程中发挥了重要作用。（3）研究了脉冲电流下片层渗碳体溶解与析出行为。脉冲电流处理下,片层渗碳体均会快速破碎、溶解,形成弥散细小的渗碳体颗粒。针对球化退火第二阶段,研究发现脉冲电流处理下渗碳体颗粒并未熟化。结构表征发现,材料中碳化物颗粒数量密度大幅增加,形核质点的增多抑制了原有渗碳体颗粒的长大。与传统工业球化退火工艺相比,脉冲电流处理态样品中碳化物颗粒更加均匀、细小。对比各状态样品的拉伸性能发现,外场辅助处理材料的塑性最优,断口形貌表征也进一步印证了组织结构差异与力学性能的相关性。