本发明属于覆板轧制技术领域，具体涉及一种实现梯度组织调控的覆板轧制装置及方法，包括衬板、板坯，所述板坯放置在衬板的上方，所述衬板上设置有两个对称的凹槽，所述凹槽通过三个相切的圆弧组成。将板坯在加热炉中加热到预设温度保温，并将轧辊预热到200℃，然后将板坯输入轧机进行第一道次常规平轧；将板坯顺时针旋转90°后，将板坯置于衬板上，并将板坯和衬板一起在预设温度下保温相同时间，之后将板坯和衬板进行第二道次轧制；S3、移除衬板，将轧制后的板坯逆时针旋转90°第三道次普通平轧，完成轧制。本发明克服了板材边裂和板型不良的问题，提高了轧件的成材率。本发明用于覆板轧制的梯度组织调控。