奥氏体不锈钢凭借其优良的综合性能及耐腐蚀性能已成为工业生产中不可或缺的钢材，然而其较低的表面强度和硬度严重影响了其在工业应用中的使用寿命，尤其是在石油化工、食品加工、化学、海洋船舶、医学等领域，往往要求材料具有优良的抗腐蚀性能同时还需具有较高的表面硬度、承载能力及耐磨性能，以保证设备及零部件运行的可靠性，达到提升生产效率和延长使用寿命的目的。　　因此，为了突破奥氏体不锈钢的使用限制，其表面强化一直是人们所关注的热点课题，但是如何在实现表面强化的同时仍保持其原有的良好综合性能及其优异的抗腐蚀性能一直未能从根本上得到解决。　　通过借鉴、吸收和改进近年来在国外逐渐形成和发展起来的低温渗碳/氮技术，本研究提出了一种新型的渗碳工艺，并结合试验研究和理论分析的方法，对低温超饱和渗碳后316L奥氏体不锈钢(316L Austenitic Stainless Steel，简称316LSS)表面特性展开研究，为评价该技术的表面强化效果提供依据。主要工作及结论如下:　　(1)详细介绍了低温超饱和气体渗碳的渗碳原理、实验装置及工艺流程等;　　(2)研究和分析了低温超饱和气体渗碳前后316LSS的表面碳浓度、硬度、残余应力、晶格变化、表面韧性、表面强度、渗碳层形貌及碳化物析出情况等。结果表明，低温超饱和气体渗碳渗碳后316LSS表面形成了一层15～35μm的扩张奥氏体层（即渗碳层），该渗碳层具有高碳浓度、高硬度、高压应力、高强度及良好韧性等特点;渗碳层中无Cr的碳化物析出且表面Cr元素的含量和分布几乎不变，表明不会出现表面贫Cr现象;在一定范围内，渗碳时间越长，强化效果越好，但随着渗碳时间的延长强化效果逐渐趋于稳定，最大渗碳时间不宜超过30h;　　(3)基于经典的Fick第二定律，建立应力-扩散耦合作用模型对渗碳后试样表层碳浓度及扩散应力的分布进行预测，探讨了扩散应力对碳原子扩散的影响，并将该模型的计算结果与经典Fick第二定律得到的结果及实验结果进行了对比。结果表明，简单的Fick第二定律在描述低温超饱和气体渗碳的扩散过程存在着较大的偏差，而应力-扩散耦合作用模型与实验结果吻合较好，说明渗碳引起的扩散应力会反过来影响碳原子的扩散，因此，在研究低温渗碳、渗氮及碳氮共渗等低温质量扩散的情况，需考虑扩散与扩散应力之间的交互作用。