金属材料的晶粒尺度细化到亚微米/纳米尺度时，变形组织的屈服强度提高，但加工硬化能力的降低导致均匀拉伸伸长率降低。利用晶粒细化的梯度结构表层，是提高强度、而同时获得较高均匀拉伸伸长率的途径。针对低层错能304L不锈钢，由表面机械研磨处理(SMAT)技术制备了由基体到表层晶粒逐步细化的梯度组织结构。利用X射线衍射、金相显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜和磁力显微镜等，研究了梯度复合组织的微观结构和准静态拉伸力学性能。主要研究结果如下：　　 ⑴变形孪生在SMAT过程中容易发生，大量细小孪晶条带分割基体材料，孪晶条带内堆积了大量的位错。SMAT变形使材料内发生马氏体相变，最表层的α马氏体含量达61.6％。越靠近表层马氏体相变越容易发生，并且，马氏体常常形核在孪晶交界处。马氏体相变的取向关系与K-S关系吻合。　　 ⑵退火热处理后，材料内部缺陷减少，位错密度降低，亚晶界规整化，形成晶界。表层的部分区域，细小的孪晶条带密集，位错密度、变形能高，率先发生再结晶，最终形成了呈条带状分布的晶粒尺度约200nm的晶粒。　　 ⑶随着SMAT时间的增加，材料的屈服强度和抗拉强度提高，但同时拉伸延伸率降低。SMAT少量时间可迅速提高材料的强度。一定工艺的退火使材料的强度相应降低，同时加工硬化能力增强，拉伸延伸率提高。并且，退火温度越高，材料的屈服强度下降越多。与单纯SMAT制备的材料相比，退火可以使材料达到了较好的强度与拉伸延伸率的匹配。在室温拉伸实验中，在变形后期(0.08＜εtrue＜0.2)材料的加工硬化率和加工硬化指数得以提高。断口形貌观察显示断口主要特征为韧窝，与原始态样品相比，SMAT态表层的部分区域韧窝尺度变小。