本研究试验用钢的化学成分(wt.%)为：Fe-21Cr-17Mn-2.43Mo-Nb-0.83N.对锻造态试验钢样品进行固溶处理,在1140℃扩散退火8小时,然后立即水淬,获得单相奥氏体组织。本文设计一个内嵌滚动轴承的摩擦头,对试验钢表面进行加压移动旋转研磨,产生强烈的表面变形,使原奥氏体晶粒破碎,形成纳米晶。表面纳米晶的形成经历了表面集中塑性滑移、孪晶变形与细化、原奥氏体晶粒碎化并结晶演变过程。其主要机制是表面大塑性变形诱发大量孪晶生成,并不断细化,细化的孪晶片在剪切力作用下被剪断、破碎,导致表面纳米晶核的萌生,形成表面纳米晶。本论文针对高氮无镍奥氏体不锈钢作为耐蚀无磁轴承钢的耐磨性展开试验研究。无磁钢要求基体必须是单相奥氏体,奥氏体强度是有限的,高氮奥氏体不锈钢由于氮元素的显著强化作用,使强度明显提高。而另一方面,通过拉伸试验表明,试验钢具有极高的形变硬化能力。由拉伸曲线可以看出,在开始发生塑性变形后,均匀变形占主导地位。依据公式σ=kε”计算其形变强化指数n值为0.41。这是试验钢具有优异耐磨性的基础。试验表明,通过表面机械纳米化,形成了300μm厚度的纳米晶层,纳米层的硬度由基体407,27HV,提高到923.46HV,增幅一倍。在此前通过表面机械纳米化,可见报导的表面硬度值提高仅为150HV。这说明试验钢表面强化效果是十分显著的,这与其具有极高的形变硬化指数n直接相关。对纳米层的结构表征显示,纳米晶尺寸为13-20nNm,保持单相奥氏体。通过对表面机械纳米化试验钢进行耐磨性试验表明,随表面显微结构的细化,表层硬度随之提高,耐磨性也随之提高,当达到300μm纳米硬化层后,表面硬度不再提高,耐磨性也达到了最高水平,保持稳定状态。