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20CrMnTi钢是一种典型的低碳合金钢，在使用前常采用渗碳处理方法提高表面硬度、耐磨性能及疲劳强度等。然而，通常的渗碳温度较高（>900℃），使得零件在渗碳淬火过程中极易发生变形。相比之下，氮化工艺处理温度较低（500~580℃），工件变形小，且氮化层硬度及疲劳强度较渗碳层更优，但常规氮化因工艺时间长、氮化层浅等缺陷的存在，一直不能完全取代渗碳。为克服上述工艺缺陷，本文将形变强化和固溶强化两种强化方式相结合，重点研究室温变形与增压气体氮化复合处理工艺对20CrMnTi钢氮化层微观结构、厚度及耐腐蚀性能等的影响，取得以下主要研究结果：获得了冷轧态20CrMnTi钢在510~570℃温度范围内常规气体氮化处理5h所得氮化层厚度随冷轧变形量（10%~60%）的变化规律，确定了不同温度下氮化层厚度最大值所对应的变形量（最佳变形量）。在不同的氮化温度下，氮化层厚度均随冷轧变形量的提高呈现先增大后减小的变化规律，并且各氮化温度下的最佳冷轧变形量存在明显差异。在510℃、540℃和570℃温度下预变形氮化所得氮化层厚度最大值分别出现于30%~40%、30%和20%变形量条件下，并且与未变形氮化样品相比，其厚度分别提高约70%、55%和12%。在510~570℃和0~0.4MPa条件下对冷轧态20CrMnTi钢进行气体氮化处理，确定了冷变形预处理与增压气体氮化复合工艺对氮化层微观结构及硬度的影响规律。在510℃、540℃和570℃氮化温度下，经最佳变形量冷轧预处理20CrMnTi钢的增压气体氮化表层主要由Fe3N和Fe4N型氮化物组成，表层硬度随Fe3N相含量的增加逐渐提高，且氮化层硬度梯度随温度的升高和压力的增加逐渐平缓。给出了510~570℃和0~0.4MPa条件下复合工艺处理所得氮化样品由表层至心部的硬度分布图，确定了其相应的氮化层厚度。发现提高介质压力可以显著加速氮化动力学过程，且与预变形常规氮化工艺相比，复合处理工艺可进一步提高氮化效率。在510℃、540℃和570℃氮化温度下，经最佳变形量冷轧处理20CrMnTi钢的氮化层厚度均随氮化压力的提高逐渐增加，在0.4MPa压力下气体氮化5h所得氮化层厚度分别为310μm，345μm和370μm。讨论了30%冷变形处理样品在510℃和0~0.4MPa条件下气体氮化处理5h所得表层的电化学腐蚀行为，建立了氮化表层在10%盐酸环境下的室温静态腐蚀失重模型。复合工艺处理20CrMnTi钢氮化表层的腐蚀电位随介质压力的增加逐渐增加，而腐蚀电流密度逐渐减小；静态腐蚀失重随介质压力的增加逐渐减小。