超细晶钢由于实现组织超细化从而大幅提高了材料的强度和韧性，具有很大的发展前景和应用价值，但焊接难题严重制约了其推广应用。摩擦焊是一种先进的固相压焊技术，其焊接接头具有组织细化、强度高等特点，已经实现多种材料的可靠连接。本文首次将摩擦焊技术应用于超细晶钢的焊接，并对超细晶钢的摩擦焊工艺及摩擦焊机理展开了研究。采用正交试验方法对超细晶钢进行了摩擦焊试验，通过宏观形貌观察、微观组织观察、显微硬度测试、力学性能测试，研究了超细晶钢摩擦焊接头的组织和性能。试验结果表明，超细晶钢摩擦焊接性良好，采用主轴转速1500r/min、摩擦压力64MPa、摩擦时间3s、顶锻压力128MPa、顶锻时间1s的工艺参数，得到的焊接接头焊缝及热力影响区晶粒细化、组织致密，虽然热影响区晶粒尺寸相对于母材有所长大并且发生一定程度软化，但是由于该软化区很窄（0.2mm）且软化程度不严重（下降4%），接头强度和韧性均不低于母材，达到等强甚至是超强匹配；研究了超细晶钢摩擦焊接头组织和性能的回火稳定性，试验结果表明其各区组织回火稳定性较差，随着回火温度的升高，焊缝、热力影响区和母材的硬度下降，但是对热力影响区的影响并无规律可循，如果需要通过焊后回火来释放残余应力，推荐使用300℃×1h低温回火；利用急停试验，采用金相观察法研究了超细晶钢摩擦焊过程中金属流动行为及变形层和高温区的扩展规律，并初步探讨了超细晶钢摩擦焊接头形成过程。本文研究成果表明，摩擦焊技术适合用于超细晶钢的焊接，只要工艺参数得当，不需要附加工艺和后续处理即可实现超细晶钢的可靠连接。