本文以典型的再结晶退火态商业纯锆板材（Zr702）为研究对象,综合采用基于场发射枪扫描电镜（FEG-SEM）的电子通道衬度（ECC）成像和电子背散射衍射（EBSD）技术分别对激光表面处理（LST）、50%轧制和退火（于550°C保温10-600 min）后样品表层和心部区域的微观组织特征演变进行细致地表征,并探究了激光表面处理-轧制退火（LST-RA）工艺制备梯度等轴晶的形成原因,还探讨了不同方式处理后微观组织与硬度、强度之间的相互关系。为了更清晰地揭示LST-RA对锆合金的影响,本研究还对一组进行常规轧制退火的样品（对照组）进行了对比。主要结论如下:（1）系统定量地表征了纯锆板材在LST、轧制退火过程中的微观组织及织构特征,揭示了其组织演变规律,结果表明,LST-RA全流程加工过程中,表层区域微观组织的演变情况为:均匀的等轴晶组织→细化的α板条（LST）→形变板条组织（轧制）→较细的再结晶组织（退火）;而心部区域微观组织的演变情况为:均匀的等轴晶组织→均匀的等轴晶组织（LST）→层状组织+难变形晶粒（轧制）→较粗大的再结晶组织（退火）演变规律。经LST-RA加工后,表层组织和心部组织沿深度方向呈晶粒尺寸逐渐增加的梯度等轴晶结构。（2）系统地讨论了梯度等轴晶的形成原因,利用EBSD数据对样品的HABs面密度进行了计算,结果表明:由于LST使纯锆样品表层区域产生了细小的板条结构产生明显的晶粒细化,导致表层HABs面密度(1.64μm-1)显著高于心部(0.22μm-1),且经轧制处理后表层的HABs密度(2.69μm-1)进一步升高。退火过程中,以SIBM为主的再结晶形核机制使具有更高密度HABs的表层组织能够比心部产生更多的再结晶晶核,且更快地完成再结晶,最终形成了表层细晶而心部粗晶的梯度等轴晶结构。（3）通过对比纯锆板材表层、心部在LST、轧制及退火过程中的织构变化,揭示了两者的织构演变差异,结果表明:表层区域初始的基面双峰织构在LST过程中因β→α快速转变产生了许多α变体,且较快的冷却速率有助于抑制变体选择行为,使板条组织取向较杂乱无明显织构特征;轧制过程中,由于滑移的启动形成了晶粒c轴绕ND分布的环状织构,后续的退火过程中晶粒c轴向ND周围发散,形成了围绕ND的环状分布;心部区域因未受LST影响,经过轧制处理仍保留基面双峰织构,且在退火过程中样品始终保持该织构特征。对照组样品的织构演变规律与心部组织一致。（4）对比了纯锆板材表层和心部在LST、轧制及退火过程中的硬度变化情况,结果表明:LST导致的晶粒细化使表层硬度增加至238 HV,而心部区域未受影响仍保持硬度值196 HV;经轧制处理后由于晶粒细化和残余应力的增加表层和心部区域的硬度分别增加至269 HV和257 HV;退火过程中,由于残余应力的释放和晶粒长大,两者的硬度均随退火时间延长而降低,但表层区域的硬度始终高于心部区域。（5）通过对比AR样品和LST样品在轧制及退火后的拉伸性能,阐述了两者强塑性的演变规律,结果表明:AR样品具有低强度和高塑性,LST样品强度高于AR样品且保留了高塑性,经过轧制处理后两者强度均明显增加而塑性降低。退火过程中,随退火时间的延长两类样品的强度逐渐降低而塑性逐渐升高。此外,LST样品在不同退火阶段的强度和塑性均优于AR样品,经过轧制和退火10 min的LST样品表现出强塑性协同效应（兼具高强度和良好的塑性）。