剧烈塑性变形是一类制备块体超细晶以及纳米晶材料的一类技术,其应用前景非常广阔。高压扭转变形是剧烈塑性变形中具有工业化前景的变形技术之一。本文系统的研究了高压扭转工艺条件下超低碳钢性能的演变以及磷、硫、氢元素在高压扭转变形中对材料组织性能的影响。建立了高压扭转材料强化模型。本文的主要研究内容如下:（1）基于DEFORM有限元软件对高压扭转三维变形过程进行仿真,分析了高压扭转过程中金属流动的规律,研究了高压载荷,摩擦系数等不同因素的变化对高压扭转试样等效应变的分布影响。基于传统高压扭转过程,设计了环件加工的模具,并对环件高压扭转过程进行仿真验证,获得其变形规律。（2）研究了高压扭转不同扭转圈数与转速对材料微观组织演变和力学性能的影响。实验结果表明,高压扭转能够显著改善超低碳钢的力学性能,提升超低碳钢的屈服强度,其硬度在高压扭转10圈后达到饱和,未饱和试样硬度在径向分布不均匀,呈现心部硬度低,边部硬度高的现象。高压扭转能够显著细化晶粒,位错密度随着扭转圈数的增加而增加,并在10圈后达到饱和。未饱和试样微观组织呈现心部晶粒粗大,边部晶粒细化的现象。通过分析建立的强化机制数学模型,证明了超低碳钢在高压扭转变形后的强化机制主要是位错强化。（3）研究了磷、硫添加元素在高压扭转过程对超低碳钢组织性能与力学性能的影响。发现磷在高压扭转过程中除了固溶强化作用之外,还应具有组织细化与位错强化作用,这种作用提高了磷添加超低碳钢的硬度,产生强化效应。（4）研究了氢元素在高压扭转过程对超低碳钢组织性能与力学性能的影响。实验结果表明,置氢超低碳钢硬度变化具有速度敏感性。在合适的转速情况下,氢在高压扭转过程中具有位错强化作用,这种强化作用是氢与位错交互作用的结果。