纳米/超细晶材料由于特征尺寸极小、性能优异而倍受关注，但是由于受制备技术的制约，目前难以获得高纯、致密、晶界清晰的理想三维块体纳米/超细晶金属材料。随着对纳米材料研究的不断深入和纳米技术的不断发展，将强力错距旋压大变形技术与纳米技术结合起来制备纳米/超细晶筒形件引起高度关注。相关研究发现通过反复强力旋压，在金属材料表面可制备出一定厚度的纳米结构表层，即实现了筒形件表面纳米化。然而要实现筒形件整个纵截面上晶粒的纳米/超细晶化，则需要穿越宏观尺度下的表象，深入系统地研究强力错距旋压剧烈塑性变形诱导纳米/超细晶的形成机理以及初始晶粒尺寸、强力错距旋压工艺参数以及再结晶热处理对筒形件晶粒细化的影响机制。本文针对目前国内外尚未开展的采用强力错距旋压制备纳米/超细晶筒形件进行研究，研究工作围绕纳米/超细晶筒形件的强力错距旋压成形方法、成形机理以及强力错距旋压工艺参数对晶粒尺寸的影响展开。基于晶体塑性理论和ABAQUS有限元软件，建立了多晶体细观塑性本构模型和Poisson-Voronoi细观结构有限元模型（PVFEM），给出了强烈塑性变形时多晶体运动动力学基本方程，编制了相应的率无关有限元程序（通过ABAQUS用户子程序UMAT形式实现），并将此有限元程序作为用户子程序嵌入有限元软件ABAQUS中，模拟和分析了筒形件强力旋压时旋轮作用区特征晶粒在强烈塑性变形过程中形状系数比（晶粒的等效椭圆长短轴之比）随变形量的变化，详细分析了晶粒中切应力、切应变与晶粒塑性变形之间的关系，为精确预报与控制强力错距旋压制备纳米/超细晶筒形件的过程提供了可视化模型。在经对比分析确定的强力错距旋压成形方法的基础上，设计出了专用的旋压成形工艺装备，并以20钢为毛坯材料，选择合适的成形参数（如旋轮结构形状、旋压道次、道次变薄率、错距量、旋轮进给比等），拟定三种不同的实验方案分别从材料初始组织、旋压工艺参数和热处理规范等成形要素展开了系统的实验研究。实验结果表明：通过“20钢管坯——多道次强旋——静态再结晶——强旋——再结晶退火”的复合成形工艺，成功实现了组织参数（主要为铁素体晶粒尺寸和形态）在一定程度上可控的纳米/超细晶结构筒形件的制备，其晶粒平均尺寸约为600nm。在理论分析多晶体金属强力错距旋压时变形机理的基础上，借助金相分析技术、SEM及TEM技术对强力错距旋压及再结晶退火过程中20钢筒形件微观组织结构进行了表征并研究了其变化特点，获得了强力错距旋压剧烈塑性变形诱发20钢旋压件纳米/超细晶粒的形成机理，探讨了强力错距旋压过程中晶粒细化的影响因素。从选区电子衍射谱确定了晶体结构、组织结构和相互的取向关系，进而获得了变形中开动滑移系的信息，探讨了旋压过程中材料晶粒的细化机制和大角度晶界形成机理。通过对20钢筒形件金相组织、SEM/TEM微观组织表征和拉伸实验数据及断口形貌的深入分析与归纳，探索了强力错距旋压剧烈冷变形过程中珠光体片间距LSP、渗碳体沉淀对20钢旋压件的力学性能的影响，分析了强力错距旋压冷成形时20钢及淬火态20钢微裂纹产生与扩展以及破裂失效的特点与机理，研究了强力错距旋压冷变形过程中诱发的大量第二相粒子（颗粒状渗碳体）对晶界的钉扎和晶界运动的抑制作用。实验结果表明珠光体片间距LSP在强力错距旋压剧烈塑性变形过程中随筒形件壁厚减薄率的增大而显著减小，20钢旋压件抗拉强度σb随LSP的倒数增大而增大，其延伸率δ随LSP的倒数增大而减小。淬火态20钢在强力旋压起旋阶段材料流动不稳定，在拉应力σx的作用下旋轮作用区微空洞彼此连接形成微裂纹，随着强力旋压多道次成形的进一步加载，微裂纹在与裂纹所在平面垂直的拉应力σ x的作用下沿着与筒形件切向成60°的平面扩展。