本文采用CO2激光器对冷轧态和退火态301不锈钢分别进行激光表面处理，然后通过光学金相显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微维氏硬度仪对激光处理后的微观组织结构和力学性能进行了研究。实验结果表明，退火态301不锈钢经激光处理后，由于热应力的作用导致其塑性变形、进而产生形变诱导马氏体相变，导致其硬度明显升高，激光处理温度越高，循环次数越大，其硬度值越高。退火态301不锈钢经750℃×200次、750℃×250次和850℃×300次激光处理后，组织中均产生了板条型马氏体。850℃×300次激光处理后，退火态301不锈钢硬化层深度约为800μm。激光处理后，组织能产生一定的择优取向。随着激光处理温度和循环次数的增加，退火态301不锈钢组织的层错概率、马氏体相含量、微应变、位错密度均增加，而微晶尺寸则减小，形变强化、细晶强化和马氏体相变强化是导致其硬度上升的三个主要因素。301不锈钢冷轧后，随轧制压下量的增加，马氏体的含量逐渐增加，当轧制压下量达到92%时，马氏体的含量达到96.5%。轧制压下量越大，钢的硬化程度越高。冷轧压下量为92%的301不锈钢经850℃×150次激光循环处理后，发生马氏体逆转变，得到细小的等轴状混合组织，其平均晶粒尺寸为38nm。激光处理温度越高，循环次数越多，冷轧态301不锈钢马氏体逆转变量越大，并伴随硬度的降低。冷轧态301不锈钢中温度对马氏体逆转变的作用比循环次数的作用明显。