大型管件斜三通广泛应用于电力、石油、化工、机械制造、船舶、国防等领域,作为关键基础结构件要求在高温高压下仍具有优良的综合性能。目前生产斜三通的最佳工艺是挤压,但是国内对该项技术的研究还处在起步阶段,尚无系统研究。本文针对大型管件斜三通挤压工艺进行了模拟研究。F91钢是大型管件斜三通的首选材料。本文使用Gleeble-3500热模拟试验机对F91钢进行了单向热压缩实验,得到了F91钢的基础材料数据,然后结合金相实验分析了变形温度、应变速率、变形量和保温时间对F91钢晶粒演变的影响规律:变形温度升高,F91钢发生静态再结晶的速率也随之增加;F91钢发生热变形后,在同一保温时间间隔内发生静态再结晶的体积分数随着应变速率的升高而增加;变形量增大,F91钢在热变形后保温过程中发生静态再结晶的速率增加,变形量越大,静态再结晶发生得越完全;发生变形时的温度越高,变形后的保温时间越长,发生静态再结晶的速率越快。以Avrami方程为基础,结合等温压缩实验和金相实验,统计回归得出F91钢的静态再结晶数学模型。本文通过对不同镦粗工件高度的斜三通挤压成形过程进行数值模拟得到:镦粗工件高度为780mm-690mm时,斜三通成形件两侧存在较大的高度差;镦粗工件高度为680mm-640mm时,斜三通成形件两侧的高度差很小,成形件的外形尺寸满足要求;镦粗工件高度为630mm-610mm时,斜三通成形件两侧的高度差变大;镦粗工件高度为600mm时,斜三通成形件出现了明显的缺陷。因此,镦粗工件高度为680mm-640mm时,斜三通成形件的外形尺寸比较符合要求,镦粗工件高度为660mm时,斜三通成形件两侧的高度差最小,为5.57mm。进行1:1的挤压试验,得到镦粗、反挤压和穿孔工步的成形载荷分别为2.87E+07N、3.45E+07N和2.98E+07N,与模拟结果相对比,发现模拟值与试验值基本吻合,二者的最大相对误差小于10%。验证了工艺方案的合理性,模具结构满足要求,对指导生产有一定的借鉴作用。