在可以预见的未来,钢铁等传统结构材料仍然是不可替代的。进入21世纪,高层建筑、大跨度重载桥梁、轻量节能汽车、深井采油管和大口径输油(气)管、大型工程机械、大型高性能舰船等,对钢铁材料的强度、使用寿命和可靠性都提出了更高的要求。近年来,深冷处理技术因其以液氮作为冷源,且氮气来源广、无污染,在改善钢铁材料综合性能方面效果显著,而备受关注。针对深冷工艺在金属材料领域的广泛研究,以刀具主导材料高速钢为研究对象,探究深冷处理工艺下高速钢强韧性与微结构间的关系。此外,在各种强化方法中,细晶强化是为数不多的能够在提高强度的同时改善韧性的方法之一。随着工艺的进步,能够实现的最小晶粒尺寸也越来越低。深冷轧制技术是近年来出现的材料加工新技术,在细化材料组织、改善强韧性等方面表现出显著的效果。针对奥氏体不锈钢在常规生产条件下晶粒粗大且强度偏低等问题,提出采用深冷轧制及快速退火方式实现晶粒超细化的研究思路,目的是大幅度提高奥氏体不锈钢的强韧性。本文主要工作内容如下：(1)以W6Mo5Cr4V2高速钢为研究对象,对试样进行不同深冷工艺处理,研究传统工艺与深冷处理工艺对显微组织、碳化物含量及尺寸分布、残余奥氏体含量的影响。同时对比分析循环深冷处理与一次长时间深冷处理对试样微观组织的影响。与传统工艺相比,经深冷处理试样的显微组织中马氏体基体组织细化,残余奥氏体含量下降,且随深冷处理温度的降低,基体上析出超细碳化物的尺寸减小。与一次长时间深冷处理相比,循环深冷处理不仅可以进一步细化基体组织,减小二次碳化物的尺寸,也可使析出碳化物的含量明显增加,-150℃(123K)经3次1h深冷处理试样中二次碳化物含量高出一次长时间处理试样8%左右。(2)对经不同深冷工艺处理的高速钢试样进行力学性能检测,分别研究不同深冷工艺对高速钢硬度、冲击韧性及耐磨性能的影响。随深冷处理温度的降低,试样的硬度提高,与传统工艺处理的试样相比,经-180。C(93K)处理硬度的增量是-120℃(153K)处理的2倍,经循环深冷处理试样的硬度高于一次长时间处理的试样。经深冷处理的试样其室温条件下的冲击功高十传统工艺处理的试样,且耐磨性能也有所提高。(3)以304奥氏体不锈钢冷轧退火板为实验材料,在实验室条件下,对不锈钢试样进行不同方式的深冷轧制及快速退火处理,研究深冷轧制压下率、退火温度及退火时间、循环退火处理等工艺对不锈钢微观组织的影响。结果表明,晶粒尺寸随退火温度的升高而增大,退火温度对晶粒尺寸的影响程度要大于退火时间。经循环退火处理试样的晶粒尺寸小于一次退火处理,深冷轧制压下率为65%时,其晶粒尺寸仅为一次退火处理的一半,且逆相变比例升高,尺寸分布更加均匀。(4)对经不同深冷轧制工艺处理的不锈钢试样进行力学性能检测,分别研究了深冷轧制工艺对不锈钢强塑积、维氏硬度、宏观织构及微观织构的影响。结果表明,不锈钢试样的强塑积随退火温度和压下率的增加而上升,经深冷轧制及退火处理试样的强塑积均在20000MPa%以上。不锈钢试样的硬度随退火温度的升高而下降,经深冷轧制及退火处理试样的硬度值均在280HV10以上。退火处理后,不锈钢试样α和γ取向线的取向密度均随退火温度的升高而减弱。