本发明公开了一种在马氏体钢表面产生梯度纳米结构的方法，属于金属材料表面纳米化技术领域。该方法采用表面机械碾压处理技术（SMGT）对马氏体钢回转件进行处理，SMGT加工刀具的可自由滚动的硬质球在马氏体钢回转件表面进行高速滚动并碾压，待处理马氏体钢表面发生高速塑性变形，在高应变量、应变速率和应变梯度的条件下，表层的粗晶结构转变为由表及里为纳米晶、亚微米晶以及微米级晶粒的梯度结构。经SMGT表面纳米化处理后马氏体钢的表面粗糙度Ra值小于0.30 μm，表面性能得到显著的提升。