晶粒细化是提高材料性能的主要手段，大变形量塑性变形是细化晶粒的主要途径之一。在大变形量下位错的滑移和孪生是金属塑性变形主要方式，而近期研究表明在纳米材料中晶界滑动和晶粒转动也是塑性变形的主要方式。因此，大变形量下不同晶粒尺寸金属的塑性变形及其机理的研究在材料研究中值得关注。 本论文以纯铁为实验材料，利用表面机械研磨技术(Surface Mechanical Attrition Technology，SMAT)来细化晶粒，同时获得从表层到心部的不同晶粒尺度分布。采用扫描和金相技术，研究了不同冷轧压下量下显微组织结构特征的变化规律；定量分析了不同冷轧压下量纯铁各层中主要织构组分(γ纤维织构(ND//<111>Normal Direction，ND)和α纤维织构(RD//<110> Rolling Direction，RD))；研究了多尺度晶粒纯铁大变形量下再结晶退火后，显微组织和织构的变化；应用Taylor模型对压缩和冷轧织构模拟。 研究结果表明：(1)等轴无畸变晶粒尺寸在100～300μm纯铁样品表面经过SMAT处理后，形成约200～250μm厚的不均匀塑性变形层，表层的平均晶粒尺寸为69.2nm。表层显微硬度明显提高，随着深度增加而逐渐降低并最终趋于稳定。在SMAT处理后，样品表层织构较弱，即晶粒取向随机分布；内部无塑性变形层则仍保留着原有的织构。(2)样品经过SMAT处理后，再经冷变形轧制的显微组织表现为：随形变量的增加，晶粒被拉长并逐渐碎化形成纤维状组织，且随着压下量增大纤维化的程度增加，晶界变得模糊不清，晶粒、亚晶粒难以分辨。织构的变化为：表层由织构漫散逐渐转变为强的{001}<110>和{332}<110>织构组分；亚表层和中心层主要组分则始终为{001}<110>织构和{332}<110>织构，取向密度随着压下量增加而增大。(3)样品经80％压下量后再结晶退火，各处的晶粒都由严重畸变转变为尺寸大小在10～50μm无畸变等轴晶粒；表层和中心层织构变化相似，且与退火前相比织构漫散，没有形成与IF钢相似的γ取向织构。(4)采用Taylor模型模拟表层、亚表层和中心层的冷轧织构，结果表明亚表层和中心层模拟织构与对应的实测织构符合较好；表层模拟织构与对应的实测织构不符。