晶界设计与控制已成为改善多晶体材料性能的有效手段。本论文以304奥氏体不锈钢为研究对象,通过冷轧变形结合高温退火的方法实现对其晶界特征分布的调控,系统研究了晶界特征分布对材料低周疲劳性能、室温静态拉伸力学性能、冲击性能和高温蠕变性能的影响,并通过断口扫描电镜(SEM)和裂纹扩展的背散射衍射(EBSD)分析,研究了特殊晶界对裂纹的萌生和扩展的影响及相互作用机理。取得以下几点结论：(1)晶界特征分布优化可以使304不锈钢低周寿命提高1倍,疲劳过度寿命最高可增加15倍；在不改变循环软硬化特性的基础上,二次循环硬化强度在晶界特征优化后得到了大幅度提高。(2)晶界特征分布优化增加了断裂裂纹源萌生和扩展的阻力,使304不锈钢的强度、塑性和韧性得到了综合增强,屈服强度增加100MPa左右,抗拉强度增加200MPa左右,塑性变形能力提高约10%,冲击韧度增加幅度达到33%。(3)晶界特征分布优化能够大幅度提高304不锈钢的高温蠕变性能。在温度为600℃、恒应力为200MPa的条件下,晶界特征优化使304不锈钢的蠕变寿命由286h提高到716h,增加1.5倍,塑性变形量由4.35%提高到6.15%,平均蠕变速率从4.22×10-8s-1减小到2.38×10-8s-1。(4)冷轧变形结合高温退火处理在304奥氏体不锈钢组织中形成的大量低能稳定的特殊晶界团簇(主要是∑3晶界)阻碍了裂纹沿着一般大角度自由晶界的加速扩展,使得材料破坏形式由沿晶断裂向穿晶断裂方式转变。