奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、韧性和焊接性,在各行业都具有广阔的应用前景。然而,奥氏体不锈钢屈服强度普遍偏低（～200-350 MPa）,严重限制了其作为结构材料的使用。通过各种强化机制提高金属材料强度的同时通常会伴随着塑性的降低,因此,如何突破强度与塑性之间的“倒置关系”获得优良强-塑性匹配的奥氏体不锈钢,以及高强-塑性奥氏体不锈钢在严苛工业环境下的适用性等问题引起了广泛关注。针对以上问题,本文以Cr-Mn-N亚稳奥氏体不锈钢为研究对象,采用冷变形结合退火工艺制备高强度高塑性匹配的奥氏体不锈钢,采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射、X射线衍射仪等显微组织表征技术及纳米压痕等微观力学分析手段系统研究了超细晶奥氏体不锈钢的强化机理和塑性变形过程中的协调变形机制。并探究微观组织结构对高强奥氏体不锈钢的氢脆敏感性及高温力学性能的影响。具体研究内容及研究结果如下:（1）对商用Cr-Mn-N奥氏体不锈钢进行不同形变量冷轧处理,研究冷轧对奥氏体不锈钢组织演变及力学性能的影响。研究结果表明,随着冷轧形变量的增大,奥氏体不锈钢的微观组织由原始态的等轴粗晶,转变为10-30%形变量时的层错、形变孪晶及板条状形变诱导马氏体,到60%形变量时的包含形变孪晶网格和位错胞的形变奥氏体及位错胞状形变诱导马氏体。未转变奥氏体的细化和形变诱导马氏体含量的增加导致奥氏体不锈钢随形变量增加,强度增大,塑性降低。10%-30%冷变形样品具有较好的强塑性匹配,强塑积达到30 GPa·%以上。冷轧奥氏体不锈钢在拉伸过程中的形变机制由原始样品的位错平面滑移+形变诱导马氏体+形变孪晶,转变为30%冷轧样品的形变诱导马氏体+形变孪晶,60%冷轧样的形变诱导马氏体+少量形变孪晶。（2）选取60%冷轧奥氏体不锈钢,分别在700℃和1000℃条件下进行退火处理,研究退火温度对冷轧试样逆相变机理和再结晶行为的影响,以及逆相变奥氏体不锈钢微观组织与力学性能间的关系。研究结果表明,在700℃条件下,退火过程中形变诱导马氏体同时发生扩散型和切变型逆相变以及形变奥氏体的再结晶,形成了双峰结构的粗晶/超细晶奥氏体不锈钢;在1000℃退火时,通过形变诱导马氏体切变逆相变并结合再结晶形成单峰结构不锈钢。相同平均晶粒尺寸条件下,单峰结构试样具有更高的屈服强度,而双峰结构试样断后伸长率更高。双峰结构试样具有更高的强度和塑性匹配。双峰奥氏体不锈钢的主要变形机制从初始阶段的几何必须位错积累到中间阶段的形变诱导孪晶,直至最后阶段的形变诱导马氏体。在塑性变形过程中,双峰试样中更多的几何必须位错、形变孪晶和形变诱导马氏体的共同作用使试样的应变硬化率在大应变范围内保持在较高水平,从而获得较好的延伸率。（3）为了分析超细晶奥氏体不锈钢在纳米/微米尺度上的力学行为,采用冷轧结合退火工艺分别制备了平均晶粒尺寸为～1.3μm的超细晶和～14μm的粗晶奥氏体不锈钢,并采用纳米压痕实验结合背散射电子衍射技术对比研究了晶粒细化和晶粒取向对奥氏体不锈钢强度和塑性变形能力的影响。研究结果表明,相比于粗晶奥氏体不锈钢,超细晶试样在晶粒内部和晶界都有较高的纳米硬度。晶粒内部高的纳米硬度是由于超细晶中预先存在少量位错,而晶界纳米硬度较高归因于晶界周围较高的应变。此外,纳米压痕的应变速率敏感性和活化体积对晶体学取向的依赖性较弱,但对晶粒尺寸的依赖性较强。超细晶奥氏体不锈钢的高强度主要源于更高的晶界强度以及少部分晶内强度的贡献。（4）分别采用形变强化和细晶强化机制提高奥氏体不锈钢屈服强度,并研究不同强化机制以及不同晶粒尺寸对奥氏体不锈钢氢脆性能的影响。冷变形过程中形成的形变诱导马氏体会导致奥氏体不锈钢的氢脆敏感性提高。冷轧试样氢脆敏感性较高是形变诱导马氏体和位错共同作用的结果。氢脆敏感性实验表明晶粒细化不仅增加了奥氏体不锈钢的强度,同时也提升了其氢脆抗性。随着晶粒尺寸的减小,Cr-Mn-N奥氏体不锈钢中可扩散氢含量逐渐减小。氢在奥氏体不锈钢中的扩散受氢沿晶界快速扩散与位错作为氢陷阱减缓氢扩散的双重作用机制所控制。（5）选取不同晶粒尺寸试样在不同应变速率下进行高温拉伸,研究晶粒细化以及双峰晶粒尺寸分布对奥氏体不锈钢高温力学性能的影响。研究结果表明,600℃拉伸时,细晶强化机制仍然适用;随着应变速率由10-3 s-1降低到10-5 s-1,细晶强化作用减弱。不同应变速率条件下,细晶奥氏体不锈钢的高温拉伸形变机制均为应变诱导孪晶+位错滑移+动态再结晶伴随的晶界滑移。高应变速率(10-3s-1)条件下,再结晶机制主要为连续动态再结晶;低应变速率(10-5s-1)条件下为不连续动态再结晶。应变速率由10-3 s-1降低到到10-5 s-1时,细晶奥氏体不锈钢断后延伸提高约2倍,归因于试样在大应变范围内保持应变硬化和再结晶软化的动态平衡,使应变硬化率维持在较高水平波动。相同平均晶粒尺寸的双峰试样断后延伸率较低,是由于高温拉伸过程中,双峰试样的粗晶区发生动态再结晶并细化晶粒,晶界密度增大阻碍位错滑移。