本发明属于金属材料加工制备技术领域，公开具有优异超低温韧性的双梯度超细晶钢板及其制备方法。该合金钢板其化学成分以重量百分百计包括：C:0.04～0.20％，Si:0.10～0.50％，Mn:0.60～2.50％，P:≤0.010％，S:≤0.010％，Ni:0.15～1.50％，Cr:0.10～0.55％，Cu:0.10～0.50％，Al：0.02～0.06％，Nb:0.015～0.045％，Ti:0.005～0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。具体步骤为S1、冶炼；S2、将步骤S1所获得的铸坯，加热、粗轧、中间坯超快冷、精轧；S3、冷却。所述钢板厚度方向上晶体织构呈梯度变化，所述钢板厚度方向上晶粒尺寸呈梯度变化，钢板表层晶粒尺寸≤1.5μm，钢板心部晶粒尺寸≤5μm；形成具有优异超低温韧性的晶体织构与晶粒尺寸双梯度超细晶低合金钢板。