碳钢和304、316L不锈钢都是现代工业生产中非常重要的工程材料。面1045对资源、能源的枯竭以及环境压力的日益加大,对其综合力学性能提出了更高的要求。冷轧及随后的退火工艺则是获得块体高强高塑钢铁材料的一种重要方法,其微观组织和力学性能调控机制的研究对高强高塑钢铁材料的开发具有重大的前瞻和指导意义。本文先以铝热法制备的微纳结构1045钢为研究对象,在室温下对铸态1045钢进行了不同变形量的轧制。随着冷轧变形量的增加,铁素体晶粒尺寸细化;一部分较薄的渗碳体片层被挤压到一起,一部分纳米片层渗碳体破碎为纳米渗碳体颗粒;并且位错密度明显上升,最终获得了微米晶/超细晶铁素体+纳米片层渗碳体+纳米渗碳体颗粒复合结构的1045钢。在多种强化机制作用下,并且具备高的加工硬化能力,该复合结构1045钢在冷轧变形量70%时获得了强度与塑性的优化匹配。85%变形量室温轧制后的1045钢在较低的温度下退火后,变形铁素体晶粒发生回复再结晶,超细晶铁素体数量增加;另外,大量纳米渗碳体颗粒析出,最终获得由微米晶/超细晶铁素体和纳米渗碳体颗粒组成的不均匀复合组织。不同温度退火1h后,随退火温度的提高,铁素体平均晶粒尺寸略微减小,纳米渗碳体颗粒的数量增多,片层渗碳体含量减少,随之材料强度明显增大,延伸率提高。在400℃进行不同时间退火后,随时间的延长,其微观组织和力学性能变化与不同温度下的变化类似。然后,本文以铝热法制备的316L和304不锈钢为研究对象,分别进行了不同变形量的室温轧制。随着冷轧变形量的增加,奥氏体平均晶粒尺寸减小,应变诱导马氏体的含量增加,并且位错密度明显上升,最终获得了高密度的位错、变形孪晶、应变诱导马氏体以及微米晶/超细晶/纳米晶奥氏体基体组成的复合结构。在相同变形量的室温轧制后,应变诱导马氏体的含量304不锈钢高于316L不锈钢,马氏体的强化作用更加显著。在位错强化、细晶强化,特别是马氏体强化等强化机制的多重强化作用下,随冷轧变形量的增加,304和316L不锈钢的屈服强度和抗拉强度逐渐增大。虽然室温轧制使得304和316L不锈钢强度大幅提高,然而其室温塑性大幅度下降。为了进一步改善冷轧态316L和304不锈钢的室温塑性,本文对70%变形量轧制的316L不锈钢进行了退火处理。随退火温度的提高,变形奥氏体发生回复再结晶,α′马氏体向奥氏体的转变加剧,超细晶奥氏体数量先增多后减少,平均晶粒尺寸先减小后增大,纳米晶奥氏体的平均晶粒尺寸先减小后增大。综合作用下,在保持高强度的同时,延伸率明显提高。在600℃退火不同时间后,随时间的延长,再结晶超细晶晶粒尺寸长大不明显,残留马氏体的含量下降,变形奥氏体中的位错、孪晶等缺陷逐渐消除,随退火时间的延长,其强度和塑性与不同温度下退火相比变化不明显。对50%变形量轧制的304不锈钢在700℃分别进行了不同时间的退火,微观组织变化与316L不锈钢的规律基本一致。700℃不同时间退火后,获得了奥氏体晶粒微米晶/超细晶/纳米晶多重分布、残余马氏体含量不同的多相不均匀复合结构。随时间的延长,变形奥氏体发生回复再结晶,残留马氏体的含量下降,变形奥氏体中的位错、孪晶等缺陷逐渐消除,其强度下降不明显,但是塑性大幅度提升。