فرایند نورد سرد و آنیل ساختار مارتنزیتی در فولادهای کم کربن (فرایند مارتنزیت) یکی از روش های ترمومکانیکی پیشرفته است که برای دستیابی به ریزساختار با اندازه دانه نانومتری استفاده می شود. در تحقیق حاضر فرایند نورد سرد و آنیل روی فولاد کم کربن (wt.% c 13/0) انجام شد. پس از دستیابی به ریزساختار مارتنزیتی، نورد سرد به میزان 70 تا 90 درصد کاهش در ضخامت، روی ورق های فولادی انجام شد. سپس عملیات آنیل در دماهای مختلف به منظور ارزیابی تغییرات ریزساختاری و دستیابی به ریزترین اندازه دانه انجام گرفت. تغییرات ریزساختاری حین فرایند توسط میکروسکوپ های نوری، الکترونی روبشی و الکترونی عبوری مورد بررسی قرار گرفت. همچنین از روش متالوگرافی رنگی به منظور تعیین درصد فاز مارتنزیت در ریزساختار قبل از نورد سرد استفاده شد. به منظور تعیین زاویه مرز دانه های حاصل از آنیل در نمونه های نهایی، از آنالیز خطوط کیکوچی در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شد. خواص مکانیکی فولاد با استفاده از آزمون کشش تک محوری و سختی سنجی بررسی گردید. بررسی سطوح شکست فولادهای نانوساختار شده پس از آزمون کشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. علاوه بر آن جهت بررسی سینتیکی مکانیزم های بازگشت حین آنیل نمونه های نورد سرد شده، از مدل jmak استفاده شد. نتایج نشان داد که خرد شدن تیغه های مارتنزیتی درحین نورد سرد فولادهای کم کربن، باعث افزایش چشمگیر مکان های مناسب برای جوانه زنی تبلورمجدد در مرحله آنیل و درنتیجه ریزتر شدن دانه ها شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اندازه دانه میانگین فولادهای نورد سرد شده به میزان 70، 80 و 90% پس از آنیل در دماهای به ترتیب 550، 500 و c? 450 بمدت 90 دقیقه، به-ترتیب برابر با 4±230، 3±200 و 4±188 نانومتر بود. این ریزساختار متشکل از دانه های هم محور فریت، رسوبات بسیار ریز کاربیدی و بسته های ریز مارتنزیت تمپر شده بود. کسر بالایی از مرز دانه های این ریزساختار از نوع مرز دانه های زاویه زیاد بود که برای دستیابی به خواص مکانیکی بهینه ضروری است. خواص مکانیکی ریزساختار نانومتری بدست آمده در سطح بسیار مطلوبی بوده، به گونه ای که استحکام کششی فولاد مذکور پس از ریز شدن دانه ها تا حدود 4 برابر بهبود یافت. این افزایش استحکام همراه با افزایش چشمگیر تافنس فولاد بود. بررسی سطوح شکست فولاد نانوساختار شده نشان داد که شکست در این فولاد نانوساختار بصورت داکتیل با مکانیزم تشکیل دیمپل های برشی است. نتایج بررسی های سینتیکی نشان داد که با افزایش میزان نورد سرد، انرژی اکتیواسیون مکانیزم بازگشت و لذا دمای آنیل بهینه برای دستیابی به دانه های ریز در فولاد کاهش یافت.