晶粒超细化是在不降低材料塑性的前提下,能有效提高材料强度和硬度的一种方法,因而成为当今世界先进金属材料技术领域的研发热点。而奥氏体不锈钢由于具有多种优异性能,如优良的韧性、塑性、抗高温氧化性以及耐腐蚀性等,因而广泛应用于化工、轻工业、石油等多种领域。但奥氏体不锈钢的强度普遍较低,故在结构件的使用中受到限制。如何提高奥氏体不锈钢材料的综合性能,是一个具有重要学术价值和实际意义的课题。因此,开展超细晶粒奥氏体不锈钢的制备及组织性能的系统研究是一项重要的任务。本文分别采用室温冷轧和深冷轧制技术对310S奥氏体不锈钢进行了不同变形量的塑性变形,借助于XRD、OM和TEM等微观组织分析手段对其组织演变过程进行系统表征,结果表明奥氏体不锈钢组织在大塑性变形过程中均未发生形变诱发马氏体相变。在变形量较小时,变形组织中主要是以位错的增殖和缠结为主,且有少量形变孪晶生成;当变形量较大时,变形组织则以形变孪晶为主,并伴随有少量高密度位错墙和位错胞;当变形量增大至90%后,形变孪晶与位错之间以及形变孪晶相互之间的交互作用使得奥氏体晶粒碎化成纳米晶。奥氏体不锈钢的硬度值和强度值均随着变形量的增大而增大,且都在前期呈迅速上升状态,后期逐渐趋于平稳;延伸率则正好相反,随着轧制变形量的增大而降低。且在相同变形量下,深冷轧制后的奥氏体不锈钢的硬度值和强度指标均明显高于室温冷轧。变形量为90%时,深冷轧制后的奥氏体不锈钢的硬度值约为原始试样的2倍,屈服强度和抗拉强度约为原始试样的5.1倍和2.6倍;而室温冷轧后试样的硬度值约为原始试样的1.9倍,屈服强度和抗拉强度则为原始试样的3.9倍和2.4倍。而拉伸断口形貌则都由韧性断裂向准解理断裂转变。超细晶粒奥氏体不锈钢的制备是在深冷轧制变形90%的试样基础上进行的,对该状态下的试样进行不同温度和不同时间的退火处理,结果表明,退火温度在700℃以下时,冷变形组织处于回复阶段,当退火温度在700℃以上时,冷变形组织开始发生再结晶,且随着退火温度的升高,再结晶程度更加充分完全。当退火温度到800℃时,退火时间从2 min增加至60 min时,奥氏体晶粒尺寸约从300 nm增大至700 nm左右。退火温度到900℃时,保温10 min后奥氏体晶粒尺寸约为750 nm;温度升高继续增加至1000℃时,保温10 min已形成晶界清晰的等轴奥氏体晶粒,晶粒尺寸约为1?m。在保温时间为10 min时,随着退火温度的升高(500~1000℃),试样的硬度及强度指标均呈下降趋势。硬度值从549 HV(500℃)下降至314 HV(1000℃),抗拉强度与屈服强度则分别从1851 MPa、1763 MPa(500℃)降低至1063 MPa、798 MPa(1000℃);对应的延伸率则从3.44%(500℃)上升至39.9%(1000℃)。拉伸断口则从以准解理为主夹杂着些许小而浅的韧窝的混合型脆性断裂转变为以大量大而深的韧窝为主的韧性断裂。在本实验条件下,超细晶粒奥氏体不锈钢的最佳制备工艺是深冷轧制变形90%的试样在800℃保温10 min较为适宜,此时具有较佳的组织与性能匹配。