梯度纳米结构表现出独特的结构性能关系以及优越的综合力学性能,成为材料研究的热点。表面塑性变形技术简单、高效、适用性强,是梯度纳米结构的主要制备方法。此外,塑性变形是细化晶粒的有效方法,这种晶粒细化技术面临的现实难题是当晶粒被细化至亚微米尺度时继续增大应变,结构尺寸往往不再变化,达到饱和态。表面塑性变形被证明可突破这种饱和尺寸限制将结构细化到纳米尺度,但是其内在的决定因素尚不清晰,尤其缺乏对具有体心立方晶粒结构的金属的系统研究。为此,本研究旨在利用表面塑性变形方法在具有高层错能的体心立方金属中制备梯度纳米结构,并揭示以位错滑移为主要变形方式金属的纳米结构形成机制及其决定性变形参数。本研究选择含碳量为0.02 wt%的IF钢为研究对象,利用表面机械碾磨处理（SMGT）技术在高层错能金属（IF钢）中引入高速表面剪切变形,运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、背散射电子衍射（EBSD）技术,表征沿深度的微观组织结构及其参数,重点描述和分析了晶粒细化趋于饱和的原因以及突破饱和尺寸的决定性结构参数,揭示其内在规律。取得如下主要结论:1)SMGT在IF钢中引入高速剪切塑性变形。该变形具有大应变（＞20）、高应变速率(10~3-10~4 s-1)和高应变梯度(＞0.4μm-1)的特点。随深度增加,应变、应变速率和应变梯度均连续降低。2)1道次SMGT即在IF钢中获得了约20μm厚的梯度纳米结构表层以及约450μm厚的变形层。结构被细化至56 nm,硬度由150 HV被提高3倍以上至500HV左右。3)IF钢结构纳米化过程包括:位错运动重组形成位错缠结（Dislocation tangle,DT）、位错胞（Dislocation cells,DC）、延展位错结构（Extended dislocation structure,EDS）,然后发展成为超细层片结构（Ultrafine lamellar structure,UFL）,最后形成纳米层片结构（Nanolaminated structure,NL）。4)应变梯度是突破饱和尺寸限制的决定性变形参数,应变梯度与晶粒尺寸呈线性关系。5)突破饱和尺寸的IF钢的强化与结构尺寸密切相关,与结构尺寸之间遵从符合Hall-Petch关系。