晶粒超细化是超级钢研究的基础性课题,主要的方法有合金化和变形与再结晶。本文以冷轧低碳马氏体钢为研究对象,提出在退火过程中施加应力,测定材料的硬度,采用金相显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、高分辨扫描透射能谱和三维原子探针等分析方法,重点探索溶质原子在应力场中的偏聚行为规律及其对析出相的影响,综合分析不同外加应力和退火温度对变形马氏体的组织演变过程的影响,并探究材料强化机制。200℃常规退火后,钢中C原子在晶界处发生偏聚,20 MPa-200℃应力退火后,钢中的C原子在位错和晶界处发生偏聚,证明应力对溶质原子有显著影响作用,在退火过程中施加应力,能够促进溶质原子的偏聚,改变溶质原子的扩散和沉淀行为,是提高综合力学性能的有效方法。200℃退火后,组织中有细小的、不稳定的Cohenite和?碳化物析出,随温度升高碳化物逐渐长大,并向稳定相Fe₃C发生转变。施加应力可以使碳化物粒子数目增多、尺寸减小,并使碳化物沿变形板条弱界面有序分布。低碳钢经过淬火-冷轧后的组织中马氏体板条沿轧制方向平行分布,板条内有高密度位错。退火过程中随温度升高,板条逐渐分解、发生宽化,位错回复,板条界向外弓出形成竹节状组织,位错出现高密度区和低密度区,550℃开始发生再结晶,形成铁素体等轴晶粒,650℃时,再结晶过程结束。650℃完全再结晶后,常规退火试样的再结晶晶粒较大,平均尺寸为4.66μm,硬度值为118 HV。施加应力可以使再结晶形核位置增多,并且抑制再结晶晶粒长大,细化晶粒。20 MPa-650℃下,晶粒细化作用最明显,平均晶粒尺寸为1.36μm,硬度值为312 HV,是常规退火试样硬度的2.64倍,有效地强化了组织。