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钛（合金）具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等优异性能，是高技术工业的基础结构材料之一，但在服役环境下，表面耐疲劳、耐磨损和微动磨损性能差等缺点使其应用受限。虽有一些表面强化方法，多存在不足（如工艺复杂、成本高和表层与基体结合差等）。因此除了完善现有方法外，仍需探索新的表面强化技术。 表面纳米化技术在不改变材料整体结构和化学成分的情况下，大幅度地提高材料表面和整体性能，且表面高性能纳米晶层与基体之间呈梯度过渡，符合钛表面强化新技术的要求。迄今人们已开发出多种表面纳米化制备方法，由于处理时间长和表面粗糙度大等问题而无法处理大面积薄板。 在现有的轧制技术中，异步轧制能在板材表面产生强烈塑性变形，使晶粒细化至亚微米量级，因此只要根据表面纳米化基本原理设计轧制工艺，就有可能使表面晶粒进一步细化至纳米量级。为此，本文选取工业纯钛，在不同的速比、压下量和道次下进行同步和异步轧制，用金相显微镜、X射线衍射和透射电镜等进行结构表征，并开展了硬度和拉伸性能实验，系统地研究轧制工艺参数对板材组织和性能的影响。主要结论如下: 1)经过同步轧制后，纯钛表面显微组织主要由亚微米尺度的亚微晶/位错胞组成，并有极少量的纳米晶。 2)异步轧制可在纯钛板材中诱发表面纳米化，在板材表面获得尺寸为30～50nm、取向呈随机分布的纳米晶组织，证明异步轧制是实现高效、大面积板材表面纳米化的可行方法。 3)纯钛经过异步轧制后，表面硬度高于心部，从而在表面附近形成硬度梯度层;而在同步轧制方式下，只当压下量较大时，板材表面附近才会形成硬度梯度层，且厚度较小。 4)经过83％压下量的轧制后，板材的抗拉强度在803～902MPa范围内，延伸率在8.0～13.4％范围内，拉伸断口多由韧窝组成。 5)增加速比、压下量和道次有助于加快纳米化进程，增加表面硬度和硬度梯度层的厚度，但对心部硬度影响不大。