中锰钢(Medium Manganese steel,MMS)在合金元素较少的情况下具备相当高的强度-塑性乘积(拉伸强度和断裂后伸长率的乘积),因而作为第三代先进高强度钢(Advanced High Strength Steel,AHSS)的代表而备受关注。在本文中,我们通过对MMS的表面进行滑动摩擦处理(Sliding Friction Treatment,SFT),形成了表面梯度结构,研究了微观结构的形成机理和相应的力学行为,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜以及电子背散射衍射技术系统地研究了表面纳米化后不同区域的微观组织特征,并深入分析了晶粒细化机制;另一方面,通过显微硬度测试及拉伸力学性能测试,获得表面纳米化后中锰钢的硬度梯度及拉伸力学性能,分析了微观组织对机械性能的影响。主要研究结论如下:(1)通过SFT在中锰钢表层制备出纳米晶粒,表面层微观结构随深度方向呈梯度变化,分为纳米(Nano Grain,NG)层、亚微米(Sub Micron Grain,SMG)层以及粗晶(Coarse Grain,CG)层。纳米层的厚度约为20μm,晶粒尺寸约0.5?1.0μm。紧靠着纳米层的是亚微米层-从20μm到40μm深,晶粒尺寸约0.5?2.2μm。粗晶层的晶粒尺寸与传统中锰钢相似,有少部分新形成的细晶粒尺寸可达1.4±0.7μm。(2)CG层和SMG层较大晶粒区域的晶粒细化机理是通过不连续动态再结晶;而在SMG层和NG层较细的晶粒区域,细晶粒一般是由连续动态再结晶机理形成的,除了一些特殊的具有堆积缺陷的区域。(3)SFT处理后中锰钢的显微硬度显著增加,随深度增加,硬度值减小。距表层20μm的硬度值可达700HV之多,是粗晶区硬度值的一倍多。表层硬度提高的最主要原因是晶粒细化和加工硬化。传统中锰钢的抗拉强度为950Mpa,伸长率为22%,经SFT后中锰钢的抗拉强度为1158Mpa,伸长率为20%。梯度纳米结构使得中锰钢获得高强度和延展性。拉伸断口分析表明,CG层为典型的韧性断裂,为梯度纳米结构中锰钢(Gradient Nanostructures Medium Manganese Steel,GN-MMS)塑性作出主要贡献,SMG层为过渡区,NG层为脆性断裂。