在供给侧改革的大背景下,开发高附加值钢材产品,是我国钢铁企业产品结构优化调整的必由之路。钢材轧制过程中的组织控制对于钢材的最终性能具有非常重要的影响。因此,对钢材轧制过程进行组织模拟和预测,可以为钢材的组织控制提供参考,并为工艺参数的调整提供依据,从而能够有效地指导钢材产品的生产。本文以20CrMnTi钢棒材热连轧生产为背景,通过实验和有限元模拟相结合的手段,得到了20CrMnTi钢的奥氏体晶粒演化数学模型,研究了20CrMnTi钢棒材热连轧过程中温度场、应力场、应变场以及组织场的演变情况。具体研究内容如下:通过Gleeble热/力模拟实验,研究了20CrMnTi钢的奥氏体晶粒长大、动态再结晶、亚动态再结晶和静态再结晶行为,对比了温度、应变速率等因素对20CrMnTi钢奥氏体晶粒演化行为的影响,并通过拟合的方法得到了相应的奥氏体晶粒演化数学模型。通过计算值与实验值的比较,验证了奥氏体晶粒演化数学模型的准确性。基于实际生产情况,采用大型非线性有限元软件MSC.Marc,建立了Ф18mm和Ф140mm两种规格20CrMnTi钢棒材热连轧过程的有限元模型。通过对有限元模型进行Fortran二次开发,将20CrMnTi钢奥氏体晶粒演化数学模型耦合到热连轧过程有限元模型中,以实现对20CrMnTi钢棒材热连轧过程中组织演变的模拟。通过对20CrMnTi钢Ф18mm和Ф140mm棒材热连轧过程有限元模拟结果的分析,研究了热连轧过程中棒材内部温度、应力、应变、应变速率、再结晶分数和晶粒尺寸的分布和演变情况。发现在热连轧的过程中,棒材内部各物理量分布非常不均匀,且棒材内部的奥氏体晶粒演化行为受到轧制变形条件的影响。将温度和晶粒尺寸模拟结果与实际生产中棒材的温度和晶粒尺寸进行比较,吻合良好,验证了所建立有限元模型的可靠性。