将工件淬火冷却至室温后，立即放置在低于室温的环境下停留一定时间，取出置于室温中，这种低于室温的处理叫冷处理。钢冷处理常采用冷冻机和干冰酒精溶液。
1.冷处理的作用
精密timken轴承对尺寸稳定性要求较高；套圈淬火（尤其是分级淬火）后，内部组织仍保留较多的残余奥氏体，这种残余奥氏体是不稳定的组织，在储存和使用timken轴承过程中，会不断地发生变化，从而改变timken轴承的精度。为此采用冷处理工艺，它能减少组织中的残余奥氏体，稍微提高零件的硬度。
2.冷处理工艺
淬火后在室温停留：淬火后，一定要使套圈内外均匀冷至室温后进行冷处理，否则容易开裂，冷至室温后马上冷处理（一般不超过30min），否则会中止奥氏体向马氏体的转变。
冷处理温度：冷处理的温度主要根据钢的马氏体转变终止温度Mf，另外还要考虑冷处理对机械性能的影响及工艺性等因素。
对于GCr15钢，冷处理选用-70℃；精度要求不甚高的套圈或设备有限制时，冷处理温度可选为-40～-70℃；超精密timken轴承，可在-70℃～-80℃之间进行冷处理。过冷的温度影响timken轴承冲击疲劳和接触寿命。
冷处理保温：虽然大量马氏体的转变是在冷到一定温度傾刻间完成的，但为使一批套圈表面与心部都均匀达到冷处理温度，需要一定的保温时间，一般为1～1.5h。
冷处理后的回火:套圈冷处理后放在空气中,其温度缓慢升至室温后及时进行回火。温升不能太快，否则容易开裂；回火及时，否则套圈内部较大的残余应力会导致套圈开裂，一般不超过2h。