锆合金以其优异的核性能常用于制备核反应堆燃料组件中的包壳管和定位隔架。皮尔格冷轧工艺是生产Zircaloy-4合金包壳管的关键工序。包壳管的织构是影响管材服役性能的关键因素之一,也是近年来研究的热点之一。然而,冷轧过程中的织构演化与宏观不均匀变形行为之间的关系尚不明确。故本文对皮尔格冷轧过程中的织构演变和形成机理进行了系统的研究。基于织构形成的机理,探讨了初始织构、单道次变形量以及Q值(轧制减壁量与减径量的比)三者对冷轧织构的影响规律,为皮尔格冷轧工艺的优化设计提供基础和方向。首先,提出了一种大应变条件下材料硬化行为的预测方法。采用有限元模拟与试验相结合的方法,获取外延后的硬化曲线。建立了 Hill 1948各向异性屈服模型和耦合温度和应变速率的材料硬化模型。在此基础上,建立皮尔格冷轧的有限元模型,对冷轧过程进行有限元模拟。模拟得到的轧制力和管材尺寸结果和试验结果高度吻合证明了有限元模型的准确性,并获得了冷轧过程中复杂的宏观变形规律。此外,还发现皮尔格冷轧过程中温升效应对轧制力的影响不可忽略,试验和模拟结果均显示,轧制力随变形量的增大而降低。其次,基于不同单向加载条件下的力学性能,发现Zr-4合金在拉伸时体现出了明显的各向异性,沿轧向的压缩表现出S曲线的特征,表明有孪晶的产生。通过电子背散射衍射法(EBSD)测得了拉伸时不同加载方向的变形后极图,结果发现沿轧向(AD)拉伸,没有孪晶产生;沿45°(45AD)和周向(TD)拉伸,有孪晶产生,孪晶类型为{1012}<1011>拉伸孪晶。采用粘塑性自洽(VPSC)模型,拟合了不同加载方向下的力学性能曲线,获得微观硬化模型参数,预测的变形织构、屈服圆以及各向异性r值与试验结果均吻合的较好。VPSC模拟结果显示随加载方向的变化,变形机制也发生了明显的变化,进而影响了单向加载条件下材料的变形行为和织构演化。为了揭示单道次皮尔格冷轧过程中变形机制与织构演化之间的关系,对不同Q值和变形量条件下的Zr-4样品进行EBSD观测。采用晶内取向差转轴法(IGMA)确定了不同变形量和Q值条件下冷轧过程的变形机制,并结合等效施密特因子(ESF)极图分布结果讨论了变形机制和织构演化的关系。结果表明,当变形量大于30%后,基面滑移确实开启。变形量小于30%时,柱面滑移主导变形,锥面<c+a>协调变形,可以使得基极由周向(TD)向径向(RD)偏转;随着变形量的增大,织构会发生同样的演变,但这主要归因于基面滑移和锥面<c+a>滑移配合开启。进一步的计算表明,增大Q值可以增大基面滑移系和锥面滑移系的施密特因子,加快两滑移系的开启速度,进而加快晶粒向RD方向的转动。径向科恩系数是评定皮尔格冷轧后变形织构的重要指标,通过讨论初始织构,Q值和变形量三个工艺参数对皮尔格冷轧后变形织构的影响规律,发现给定Q值和变形量,变形后径向科恩系数随初始径向科恩系数的增大而增大;给定初始织构和变形量,Q值越大,变形后径向科恩系数越高,但当Q值增大到一定程度后对径向科恩系数的影响减弱;如果给定初始织构,存在临界Q值,当Q值大于临界值时,径向科恩系数随变形量的增大而增大;小于临界值时,随变形量的增大而减小;等于临界值时,径向科恩系数几乎保持不变。通过统计还发现,随初始织构的不同,临界Q值也随之变化,临界Q值随着初始织构的增大而增大,这也说明在终轧道次生产成品管时,需要选取更大的Q值和变形量才会使得径向科恩系数继续增大。