奥氏体不锈钢经大塑性变形超细晶/纳米晶化后，强度和硬度大幅度提高，但其塑性变形能力却急剧下降，这会在很大程度上限制超细晶/纳米晶不锈钢的实际应用。研究表明，通过适当条件的退火处理，让部分超细晶/纳米晶晶粒发生再结晶长大，形成由纳米晶/超细晶和粗晶组成的双尺度结构，利用超细晶/纳米晶基体保持高强度，利用微米级粗晶提供高塑性，可以改善纳米晶材料的低塑性，有望获得高强度和高塑性较好匹配的不锈钢。此外，双尺度结构的引入会导致材料结构的不均匀性，这势必会影响不锈钢原有的耐蚀性能，这也是不容忽视的问题。本文以经过8道次等径角挤压（ECAP）获得的纳米晶304不锈钢为研究对象，首先利用硬度法和金相法确定纳米晶不锈钢的再结晶温度范围，在此范围内选取了一些典型温度进行退火处理以获取不同比例的双尺度结构，并利用金相显微镜（OM）、电子通道衬度（ECC）和电子背散射衍射（EBSD）对双尺度结构样品进行了组织表征，确定了获取典型双尺度结构的热处理工艺参数；同时通过拉伸试验及拉伸断口形貌观察，分析了双尺度结构对不锈钢力学性能的影响，并探讨了双尺度结构的增塑机制；最后通过电化学实验研究了双尺度结构对不锈钢腐蚀行为的影响。硬度和金相结果表明，8道次ECAP获得的纳米晶304不锈钢（晶粒尺寸为80～120nm）的再结晶温度区间为650～900℃。选取700℃、720℃、750℃、780℃和800℃作为获取双尺度结构不锈钢的退火温度，退火时间均为30min。OM、ECC和EBSD观察和测量结果表明，经700℃退火后试样仍然为单一超细晶结构，平均晶粒尺寸为190nm，不存在尺寸大于1μm的粗晶；720℃退火后在超细晶基体中出现了少量尺寸超过1μm的粗晶（体积含量12%），呈现一定的双尺度特征；750℃退火后试样中微米级粗晶的平均晶粒尺寸为1.4μm，占38%，超细晶平均晶粒尺寸为345nm，占62%，呈现明显的双尺度特征；当热处理温度提高到780℃和800℃时，粗晶的体积分数快速增加，分别达到62%和72%，粗晶的平均晶粒尺寸略有增加，达到1.5~1.7μm。拉伸实验结果表明，退火处理后纳米晶不锈钢的强度下降，而塑性得到较大的恢复，随退火温度升高，这种趋势越明显。其中750℃-30min退火处理后，纳米晶304不锈钢的抗拉强度从1.3GPa下降至1.0GPa，均匀延伸率则从4%恢复至35%，获得了强度和塑性的良好结合。退火温度继续升高时，纳米晶不锈钢的强度持续下降，而塑性增加不显著。因此，750℃-30min是获得高强度、高塑性较好匹配的最佳退火参数。通过对比各状态样品加工硬化行为的变化，发现双尺度结构加工硬化率的提高是其塑性改善的主要原因。加工硬化率的增加主要来自两个方面：①微米级粗晶的本征加工硬化能力；②不同尺寸晶粒区在变形时形成的应变梯度产生的额外加工硬化。拉伸试样断口形貌观察表明，各状态不锈钢试样的拉伸断口形貌特征与其力学性能的规律相一致。开路电位、动电位极化曲线以及电化学阻抗谱的实验结果表明，双尺度结构不锈钢的耐蚀性比粗晶好，但比纳米晶差。静电位极化曲线测试表明，粗晶表面形成的钝化膜较疏松(k=-0.38)，纳米晶/超细晶表面形成的钝化膜较致密(初期k1=-1.10，后期k2=-2.67)。在双尺度结构样品中，浸泡初期，曲线斜率k1在-0.42~-0.46间，与粗晶样品接近，说明钝化膜整体较疏松；在浸泡第二阶段，由于纳米晶区的致密钝化膜平行生长速度较快，逐渐覆盖整个样品表面，使得钝化膜整体变得致密起来（k2=-1.09~-1.12）。腐蚀形貌观察进一步证实了以上关于双尺度结构对纳米晶不锈钢耐蚀性能影响的规律。