奥氏体不锈钢由于优异的机械性能、焊接性能和耐腐蚀性被广泛地应用于管材、建筑、交通、核电、油气和食品餐具等领域。但是奥氏体不锈钢较低的屈服强度限制了其在更高要求环境中的使用。利用应变诱导马氏体相变强化奥氏体不锈钢是目前最常见的奥氏体不锈钢强化方式，然而马氏体相变过程中引入大量的α'马氏体/奥氏体相界面对材料的塑性和抗腐蚀能力有负面的影响。近年来，用纳米孪晶奥氏体晶粒强化金属材料被认为是一种新型而有效的方法。这些纳米孪晶奥氏体晶粒含有高密度的孪晶界，其孪晶界面间距为纳米量级。他们不仅具有高强度和较好的塑性，而且能够和基体一起均匀地弹性变形。甚至在一定的塑性变形范围内，他们也能很好的与基体一起变形而不在其界面附近发生变形局域化[2]。因此，纳米孪晶奥氏体不锈钢通常具有优异的强塑性匹配。　　本工作利用不同变形条件分别制备出具有不同微观结构组成的纳米结构304奥氏体不锈钢样品。实验结果显示纳米孪晶强化304不锈钢样品比马氏体强化304不锈钢样品具有更好的强塑性匹配。通过细致的结构表征，系统研究了304奥氏体不锈钢在不同变形条件下的微观结构演化和不同条件制备样品在退火过程中的结构演化以及退火纳米孪晶奥氏体晶粒在室温拉伸过程中的结构演化。同时分析比较了不同微观结构对304奥氏体不锈钢的力学性能影响和纳米孪晶奥氏体晶粒的塑性变形机制及其对材料加工硬化的影响。主要研究结果如下:　　1.通过调整不同的变形参数成功制备了含有不同变形结构的304奥氏体不锈钢。实验和混合法则计算结果表明304奥氏体不锈钢中的纳米孪晶奥氏体晶粒和α'马氏体强度相当，纳米晶次之而位错结构强度最低。液氮温度DPD处理304不锈钢马氏体转化速率最快，强化效率最好;升温DPD处理304不锈钢孪生速率较慢而且引入了大量位错导致其强化效率欠佳;高温压缩处理304不锈钢只能产生位错结构，强化效率最差。升温DPD处理304不锈钢具有相对较好的强塑性匹配。不同变形条件处理304不锈钢微观结构特征和力学性能如下:　　(1)通过升温(150℃)DPD技术成功制备了含有不同体积分数纳米孪晶奥氏体晶粒的纳米孪晶混合结构304奥氏体不锈钢。其中应变量ε=1.0升温DPD处理304不锈钢的微观结构由纳米尺度的变形孪晶和位错结构组成。孪晶/基体的片层厚度平均为10 nm，位错结构尺寸约为几百纳米，纳米孪晶体积分数为58％。该样品强度高达1135±79 MPa，但是几乎没有均匀延伸率。升温DPD处理304不锈钢的强度在变形量ε=1.7达到饱和，约为1311±42MPa，但是同样没有均匀拉伸塑性。应变量ε=1.7升温DPD处理304不锈钢的微观结构由纳米晶粒和纳米孪晶组成，其中纳米晶粒的短轴尺寸平均为50 nm，孪晶/基体的片层厚度仍然为10 nm，但是纳米孪晶体积分数仅为23％。　　(2)通过液氮温度DPD技术制备了由α'马氏体、ε马氏体及残余奥氏体组成的混合结构304不锈钢。其中应变量ε=0.3液氮温度DPD处理304不锈钢的微观结构由80％α'马氏体、7％ε马氏体和13％残余奥氏体组成，该样品的屈服强度高达1250±79 MPa，但是几乎没有塑性。　　(3)通过高温(650℃)压缩处理304不锈钢的微观结构完全由位错结构组成。该样品的屈服强度最高仅为～700MPa，但其均匀延伸率维持在～40％左右。　　2.将纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢和α'马氏体强化304不锈钢在400-750℃进行退火热处理发现，纳米孪晶奥氏体晶粒热稳定性最好，奥氏体纳米晶粒次之，α'马氏体最差。退火处理纳米孪晶304奥氏体不锈钢明显具有比退火处理马氏体304不锈钢更好的强塑性匹配。不同类型304不锈钢样品在退火过程中的结构演化过程及力学性能研究结果如下:　　（1)纳米孪晶强化304不锈钢在退火过程中再结晶晶粒优先在剪切带和纳米孪晶区域形核长大。随着退火时间的增加再结晶晶粒不断消耗孪晶周边的变形结构，最终形成由纳米孪晶奥氏体晶粒和再结晶晶粒组成的混合结构。　　(2)α'马氏体强化304不锈钢样品中的α'马氏体在退火过程中迅速逆转变为微米尺寸的奥氏体晶粒。　　(3)纳米孪晶奥氏体晶粒退火后表现出良好的加工硬化能力，因此纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢具有优异的强塑性匹配。微观结构由50％纳米孪晶奥氏体晶粒、40％位错结构和10％再结晶晶粒组成的退火纳米孪晶强化304奥氏体不锈钢屈服强度为891 MPa，拉伸均匀延伸率高达～21％，比具有相同强度的退火α'马氏体强化304不锈钢高出～9％的均匀延伸率。　　3.通过细致的XRD和TEM分析，我们系统研究了退火处理纳米孪晶304奥氏体不锈钢特别是其中纳米孪晶奥氏体晶粒在室温单向拉伸过程中的塑性变形机制及其对材料加工硬化行为的影响。研究结果如下:　　(1)小应变下(ε＜6％)，由于退火处理后的纳米孪晶奥氏体晶粒位错密度下降，其孪晶层片内部可以重新容纳新的位错以协调塑性变形。而这种位错与孪晶界面交互作用主导的塑性变形机制导致了材料加工硬化率的直线下降，因此其贡献的加工硬化率和塑性变形均十分有限(≤6％)。　　(2)大应变下(ε＞6％)，由于纳米孪晶奥氏体晶粒内部活跃的Shockley不全位错运动而产生了大量的层错和α'马氏体。这些变形结构可以有效的阻碍位错运动和提高材料的位错密度从而贡献材料的加工硬化能力，因此不但抑制了纳米孪晶304奥氏体不锈钢加工硬化率的下降趋势，而且出现了一定程度的增长现象。　　(3)由于304奥氏体不锈钢较低的层错能和奥氏体稳定性，Shockley不全位错主导了纳米孪晶奥氏体晶粒前期的塑性变形，继而产生大量的层错和α'马氏体从而有效提升了材料的加工硬化能力。因此，退火纳米孪晶304奥氏体不锈钢具有良好的加工硬化能力和塑性，完全回复态纳米孪晶304奥氏体不锈钢具有950MPa屈服强度的同时，其均匀延伸率也高达～13％。