精确控制热处理,可在低碳钢表面获得与芯部不同相组织的梯度层状结构,这是近年提出的一种新的热处理技术（Suo-quan Zhang,et al.Super long-range diffusion of carbon during proeutectoid ferrite transformation[J].Journal of Central South University,2019,26（3））。该新技术处理后的低碳钢,具有了较好的强度和折弯性能结合,以及良好的耐腐蚀性能。相比于传统的热处理,该方法的工艺特点是精确控制热处理的降温速率。本文对中碳的45钢进行了上述精控热处理,并也成功地制备得到了表面单相铁素体α层,与上述文献中的低碳钢相比,两者在制备工艺方面（温度范围）存在着一定差异。在制备过程中,采用了原位在线差热分析（DTA）与差示扫描量热法（DSC）,获得了相变相关的数据,优化了表面α层的制备工艺;并在保护气氛和真空不同的环境下,均获得了表面α层;并且此工艺也成功地推广至中碳的35钢,20钢等。另一方面,通过相图及CCT曲线的分析,本文对此表面α层的形成,进行了理论的解释,即冷速是控制表面铁素体能否形成的重要因素,只有冷却速率适当而形成表面-芯部一定的温度梯度的条件下,表面才能形成单相α层。由此给出表面α层的形成机理为:表面首先生成α,且该γ-α相变推动碳原子向芯部γ扩散。除常规的光学显微镜（OM）分析,扫描电镜（SEM）分析,显微硬度测量及X射线衍射（XRD）分析外,本文还采用EBSD对表面α层进行了微结构分析,给出表面α层晶粒的取向分布与尺寸分布,并给出样品从表面至芯部的硬度分布。据此对梯度层状结构的材料能够获得较好的强度和韧性组合提供微观解释。另外,本文设计了铜镀层作为阻挡层的实验,对上述表面α层形成机制进行判别,其目的在于判断表面α层,究竟是铁素体相变引起碳原子的定向（表面至芯部）扩散所致,还是脱碳反应所致。此判别的结果是:表面α层是铁素体相变所致。因此本研究扩展了表面α层的钢种应用范围与分析测试方法,并给出了表面α层形成机制的理论解释以及判别。