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异步轧制（Asymmtric rolling,ASR）具有轧制压力低、轧薄能力强等特点,由于其轧制过程会产生附加的剪切变形,而被用作一种剧烈塑性变形（SPD）工艺来制备超细晶材料,近年来异步轧制超细晶材料的相关研究受到广泛关注。但是,目前对异步轧制变形行为和工艺过程的系统性阐述还相对较少,对异步轧制所导致的材料的超细化的本质机理解释还不明确。此外,异步轧制超细晶研究大多集中在变形抗力较小的铝、镁或其合金,很少将该方法应用到超细组织钢铁材料的研究。孪晶诱发塑性（TWIP）钢兼具较高的强度和良好的塑性,被认为具备在汽车工业上应用的巨大潜力,目前利用异步轧制工艺制备超细晶TWIP钢方面的研究工作还鲜有报道。本研究通过MSC.Marc商用有限元软件,对异步轧制过程进行模拟,系统研究了异步轧制过程的材料的变形行为,并探讨了异速比、摩擦、搓轧区、轧制压力等关键问题。通过异步轧制模拟工艺优化结果,成功应用于高强韧超细晶的TWIP钢的制备,并研究了超细晶TWIP钢的组织与性能。研究得出如下主要结论:利用有限元法建立了异步轧制的有限元模型,对异步轧制过程进行了模拟,通过与理论轧制压力和刻痕法的金属流变结果的对比,有限元模型具有良好的可靠性。系统地研究与分析了异速比、摩擦、轧制道次数及轧制路径等异步轧制工艺对变形的影响。结果表明:有限元法综合考虑了轧制过程正、负剪切变形的影响,相对于刻痕法具有更高的准确性;受轧制变形区大小的限制,搓轧区的比例也存在最大值。高异速比条件下的轧制压力存在临界的最低值。临界异速比与压下率、来料厚度、轧辊直径等因素有关,随着来料厚度的减小以及压下率的增加,临界异速比逐渐增加;异步轧制与同步轧制后的等效应变的在数值上差异并不显著,然而累积切应变的差异明显,分析认为,以累积切应变作为晶粒细化的参考依据更具合理性;异速比（Speed ratio,SR）对剪切变形存在相互制约的两方面的影响。随着异速比的增加,搓轧区比例将逐渐增加,使得轧件的剪切变形增加。然而,异速比的增加,轧制压力降低明显,使得轧辊与轧件之间的摩擦力降低,导致剪切变形的减小。理论上存在一个最优的异速比,以达到剪切变形的最大化,最优的异速比一般略小于临界异速比,该最优异速比下,剪切变形实现最大化。单道次60%变形量的TWIP异步轧制过程,累积剪切应变在SR=1.3左右时达到最大值,异速比继续增加（SR>1.3）累积剪切应变反而减小。在总压下率相同的条件下,单道次压下率对累积切应变具有显著影响,累积切应变随着单道次变形率的减小（增加道次数）而增加。从增加累积切应变的角度出发,采用单道次压下率5%,异速比为1.2左右的工艺成功制备了高强韧超细晶低碳高锰TWIP钢,相对于同步轧制,优化后的工艺所制备的异步轧制TWIP钢的延伸率略有降低,但是其屈服和抗拉强度明显增加,并且具有更高的应变硬化能力,异步轧制TWIP钢的高强韧和高应变硬化能力主要源于TWIP钢的组织细化。通过98%和96%强变形异步-同步混合轧制分别实现低碳和中碳TWIP钢的纳米化,所制备的大变形TWIP钢在600℃及以上温度退火处理发生完全再结晶,经700℃退火后1h仍然保持稳定的晶粒尺寸小于600nm的超细晶组织。经98%大变形轧制的低碳TWIP钢的抗拉强度从677MPa提高到了1591MPa,随着退火温度的升高,材料的强度降低,塑性增加;该大变形纳米组织TWIP钢在600℃退火后,组织再结晶状态,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别达到了980MPa、1126MPa和32.6%,表现出了优异的综合力学性能。研究了不同退火温度对大变形异步与同步复合冷轧中碳TWIP钢（Fe-0.5C-18.6Mn-1.5Al-0.5Si）的组织和性能的影响,结果表明:经96%大变形轧制后的材料组织明显细化,抗拉强度从593MPa提升至2021MPa;在500℃以下退火,大变形轧制超细晶TWIP钢未发生再结晶;在500～600℃发生部分再结晶;在600℃以上则发生完全再结晶。随着退火温度升高,材料强度降低,但塑性增加,大变形异步-同步轧制后经700℃退火获得了平均晶粒尺寸600nm的超细晶TWIP钢,并表现出优秀的综合力学性能,其强度、塑性和强塑积分别达到1114MPa、59.4%和66.2GPa%。此外,制备的TWIP钢在500℃～600℃退火时,奥氏体基体中生成了大量细小弥散的硬质DO3结构的（Fe,Mn）3（Al,Si）型金属间化合物,显著提高了材料强度。依托低碳TWIP钢,采用低温大变形异步轧制和随后的回复处理工艺,成功制备了纳米孪晶强化的超细组织TWIP钢。TWIP钢的组织主要由剪切变形带和高密度纳米尺度的孪晶组成,这些纳米孪晶主要在低温变变形过程中诱发形成,并且在低温退火回复处理过程中保持良好的热稳定性;相对于常温大变形异步轧制TWIP钢,低温大变形异步轧制TWIP钢的强度、塑性和应变硬化能力同时显著提高,这主要归因于低温轧制变形诱发的高密度纳米孪晶。