表面纳米化是纳米材料领域最有可能取得应用的技术之一,但现有的表面纳米化处理方法均存在操作复杂、处理时间长和处理样品表面粗糙度大等问题,且只能处理块体金属的表面,这种处理技术开发的滞后已难以为表面纳米化的应用提供灵活的选择。轧制是实现金属板材连续化成型的有效方法,其中异步轧制能在板材表面产生强烈塑性变形,使晶粒细化至亚微米量级,因此只要根据表面纳米化的基本原理设计轧制工艺,就有可能使表面晶粒进一步细化至纳米量级,从而实现金属板材的表面纳米化。另外,因表面纳米化而获得的优异性能是以结构的热稳定性为前提的,而迄今人们对表面纳米化结构热稳定性的认识却有限。为此,本文选取3%无取向硅钢热轧板,在不同的速比、压下量和道次下进行同步和异步轧制,然后再选取典型的轧制样品进行真空和固体渗硅条件下的退火,利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和显微硬度测试等进行结构表征,系统地研究结构演变规律和工艺参数的影响,及表面纳米化结构的热稳定性。主要结论如下：1)当压下量达到92%时,无取向硅钢经过20道次的同步轧制后,表面形成了位错胞组织,而经过速比为-1.18和-1.31、道次为20-40的异步轧制后,表面形成了取向呈随机分布的纳米晶组织,证明异步轧制可以实现无取向硅钢的表面纳米化。2)表面纳米化主要与作用于板材表面的剪切力有关,增加速比和压下量可以使剪切力增大,而增加道次可以提高剪切力作用的往复性,因此增加速比、压下量和道次均有助于加快纳米化进程。3)经过轧制后,由板材表面到中心的结构和硬度均呈现出梯度变化,增加速比、压下量和道次均有助于表面硬度的提高,但对心部的影响不大。4)真空退火条件下,轧制板材纳米-微米梯度结构的再结晶存在滞后效应,但这种效应只是在高于再结晶温度的一定范围内有效；再结晶晶粒的大小主要取决于保温时间,且随着退火温度和时间的提高,不同参数轧制板材的组织趋同。5)固体渗硅退火条件下,发生了硅在异步轧制板材纳米-微米梯度结构中的扩散,显著地延迟回复和再结晶的发生,轧制板材晶粒尺寸的减小有助于推迟回复和再结晶过程,并提高渗硅层的硅含量。