为了获得强塑性能和表面性能均良好的316L不锈钢,本文采用表面纳米化及轧制退火的复合工艺(RASP+CR+ANN)对316L不锈钢进行塑性变形和热处理,系统分析研究了所获得316L不锈钢材料的表面形貌、物相变化、微观结构和力学性能。研究结论如下:(1)316L不锈钢经RASP处理后,产生了几百微米深度的梯度纳米结构层,包含晶粒尺寸、相组成、位错与孪晶密度的梯度变化。316L不锈钢的晶粒细化是通过位错运动和孪生作用共同完成的。(2)316L不锈钢经塑性变形处理后,发生形变诱导马氏体相变产生马氏体相,且马氏体含量随应变量的增加而增加。马氏体在退火温度500℃以上开始发生逆相变,730℃以上完全逆相变,且马氏体逆相变速度极快。(3)梯度纳米结构316L不锈钢具有良好的强度-塑性匹配,且具有由表及里的硬度梯度。其力学性能可由制备参数进行调控。(4)梯度纳米结构层在轧制量20%及以下时仍具有RASP的影响,表明梯度纳米结构层具有良好的后续变形稳定性。(5)梯度纳米结构层在退火温度500℃以下力学性能基本不变,500～700℃略微改变,700℃以上明显改变。表明梯度纳米结构层具有良好的热稳定性。