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本论文系统研究了在ECAP和HPT两种SPD方法变形过程中，合金元素变化对奥氏体高强钢的变形机制、微观结构演化和晶粒细化机制的影响，同时系统地探讨了合金元素对制备态和退火态的超细晶、纳米晶奥氏体钢的强韧化的影响，以及对奥氏体高强钢的损伤断裂行为的影响。根据获得的实验结果和分析讨论，可以得出以下主要结论: (1)经多道次ECAP挤压后，随着Fe-xMn-3Al-3Si钢SFE的降低，在承担塑性变形方面起主导作用的微观变形机制逐步从位错滑移，变形孪生到马氏体相变(γ→ε→α)的转变，材料的晶粒细化机制逐步从位错分割，孪晶碎化到相变转变的变化，而且材料的晶粒细化效率逐渐升高。通过降低材料的SFE，实现了强度和塑性的同步提高。这归于与TWIP效应与TRIP效应的结合，材料变形首先发生TWIP效应，后期发生TRIP效应，这样使得即不由于很快发生TRIP导致的塑性低，又避免只有TWIP效应而导致的强度低。为设计具有高强高韧的金属材料提供了一条可行的策略和必要的理论基础。 (2)对于316L及316LN奥氏体不锈钢，随ECAP变形道次增加，变形过程中变形孪晶的密度在增加。而随着添加N元素，在相同的变形量下变形孪晶的密度要高，呈现更好的强塑性匹配关系。对不同N含量的HNS-xx高氮钢ECAP后的微观结构统计发现，随着N含量的增加，变形孪晶的密度在增加。N含量导致了ECAP棒料不同位置硬度的升高和加工硬化率的改善，因而具有更高的强塑性匹配。随后我们结合高氮钢中，N元素对SFE的影响而引起孪生应力的改变，对位错运动的阻碍而引起平面滑移的倾向的增加。这两个方面的综合影响而引起变形过程中更高的孪晶密度，进而实现更好的强塑性匹配。 (3)HPT处理HNS-99高氮钢变形初期以平面滑移和孪生为主，随后主要通过剪切带发生晶粒的细化，变形后期并出现了一些非晶的纳米剪切带、微裂纹或孔洞。硬度随着变形量的增加而增加，当变形量达到20时硬度饱和。