本文通过铝热法制备了具有微纳结构的304、316L不锈钢,20、45亚共析碳钢,其直径可达200mm,厚度10mm左右,并研究了不锈钢退火温度和时间、轧制温度和变形量、先开坯再不同温度和变形量轧制对组织的影响;碳钢退火温度和时间、600℃轧制变形量对组织的影响。通过分析不锈钢中纳米晶奥氏体、亚微米晶奥氏体和铁素体晶粒尺寸,以及它们的体积分数的变化;亚共析碳钢中珠光体体积分数、片层间距和渗碳体形状等,根据研究结果提出了微纳组织演化机制。1.对铝热反应法制备的微纳结构304、316L不锈钢不同时间和温度退火后的组织研究发现,800℃退火后,铁素体晶粒尺寸随退火时间的延长逐渐长大;1000℃退火后,随退火时间的延长基本不变,并有Fe Ni Cr Al相析出。纳米晶奥氏体晶粒尺寸随退火温度的升高或退火时间的增加不断增加,体积分数不断减小,温度越高或退火时间越长,这种变化趋势越明显。2.对304和316L不锈钢800℃变形量≤60%轧制后,铁素体晶粒尺寸随变形量的增加而增大,变形量>60%轧制后,随变形量的增加而减小;304不锈钢1000℃轧制后,随变形量的增加基本不变。800℃变形量≤40%轧制后,纳米晶奥氏体晶粒尺寸随变形量的增加而长大,体积分数减少;变形量≥60%轧制后,304不锈钢中纳米晶奥氏体晶粒消失转变为亚微米晶奥氏体晶粒,316L不锈钢中本身的纳米晶消失,出现由亚微米晶破碎产生的纳米晶。304不锈钢800和1000℃变形量≤40%轧制后,亚微米晶奥氏体体积分数随变形量的增加而增加;800℃变形量>40%轧制后,随变形量的增加而减少;1000℃变形量≥60%轧制后,亚微米晶奥氏体晶粒消失。316L不锈钢800℃不同变形量轧制,随轧制变形量的增加,亚微米晶奥氏体晶粒尺寸减小,体积分数减少。3.304不锈钢开坯后700和600℃变形量≤50%轧制后,随变形量的增加,铁素体晶粒尺寸增加,变形量为70%轧制后基本不变。随变形量的增加,纳米晶奥氏体晶粒尺寸增加,亚微米晶奥氏体晶粒尺寸减小并分布越来越均匀。700℃轧制后,随变形量的增加,纳米晶和亚微米晶奥氏体体积分数逐渐减少;600℃变形量为50%轧制后,纳米晶奥氏体体积分数减小,亚微米晶奥氏体体积分数增加;变形量为70%轧制后,纳米晶奥氏体体积分数增加,亚微米晶奥氏体体积分数减小。4.316L不锈钢开坯后700℃变形量≤50%轧制后,纳米晶奥氏体晶粒消失,随变形量的增加,铁素体晶粒尺寸和亚微米晶奥氏体体积分数不变;变形量为70%轧制后,亚微米晶奥氏体晶粒破碎产生纳米晶奥氏体晶粒,亚微米晶奥氏体体积分数下降,铁素体晶粒尺寸增加。600℃轧制后,随变形量的增加,铁素体晶粒逐渐破碎减小;变形量≥50%轧制后,亚微米晶奥氏体晶粒破碎,有纳米晶奥氏体晶粒出现,并随着变形量的增加,亚微米晶和纳米晶奥氏体晶粒尺寸减小,纳米晶奥氏体体积分数增加,亚微米晶奥氏体体积分数减小。5.20和45钢经600℃退火后,随退火时间的延长,珠光体体积分数基本不变,珠光体片层间距逐渐增加。20钢经800℃退火2h后,珠光体基本完全球化;退火16h后,珠光体消失,材料表面析出Fe3C。45钢经600℃退火后,当退火时间≤4h时,珠光体全部为片层状;当退火时间≥6h时,珠光体开始球化,并且随着退火时间的延长,珠光体球化越显著。45钢经800℃退火2h后,珠光体为层状,退火16h后,珠光体大部分球化。6.20和45钢在600℃下不同变形量轧制后,随变形量的增加,珠光体体积分数基本不变。变形量为20%轧制后,珠光体组织中的渗碳体开始破碎;变形量为40%轧制后,片状渗碳体破碎为棒状渗碳体;变形量为60%轧制后,部分棒状渗碳体破碎为球状渗碳体;变形量为80%轧制后,渗碳体破碎成亚微米颗粒;变形量为90%轧制后,20钢组织中的渗碳体继续破碎成纳米颗粒;而45钢组织中的球状渗碳体长大。