大口径厚壁无缝钢管作为大型零部件广泛应用于石油化工、核电能源和国防科工等国家重大项目领域。在P91厚壁钢管日益国产化的同时,针对现有工艺问题以太原科技大学李永堂教授为首的科研团队提出和研究了一种短流程的铸挤成形工艺。而该工艺的技术关键就是将初始铸态组织的空心铸坯通过高温挤变形,得到满足性能要求的锻态组织的厚壁管。因此,深入研究铸态P91合金钢的热变形行为特性和微观组织演变规律,对于获得厚壁管热挤压变形参数和优化热加工工艺具有重要的指导意义。本文以铸态P91合金钢为主要研究对象,利用Gleeble-3500多功能热模拟试验机,在温度为900℃～1250℃和应变速率为0.01s^-1～5s^-1的变形条件下,对铸态P91合金钢进行热压缩实验。为更好描述该合金钢的流变行为,对传统的双曲正弦本构模型进行了修正,采用三维抛物曲面拟合的方式确定了材料参数和变形激活能关于变形条件的函数,并用R²=0.993和AARE=3.64%验证了修正本构模型的可靠性。得出变形激活能在82～814k J·mol^-1范围内随温度和应变速率的增大而降低;由于钢动态回复的存在,应变速率在低于1s^-1时,增加变形量会降低激活能,而应变速率高于1s^-1时激活能会随变形量的增加而增大。根据金属热激活理论和晶粒曲率驱动机理,建立了具有不同状态转换规则的铸态P91合金钢二维晶粒长大元胞自动机模型,通过模拟圆形晶粒的收缩证明了该模型的有效性。模拟了奥氏体晶粒在不同温度下的正常长大过程,获得了动态再结晶前的初始奥氏体组织,模拟得到的晶粒长大指数比实验值更加接近理论值。将激活能和初始晶粒组织代入到构建的铸态P91合金钢热变形过程的动态再结晶元胞自动机模型中,成功预测了铸态P91合金钢在热变过程中的动态再结晶行为,并与实验结果进行了对比验证。模拟得到的应力应变曲线、组织形貌均具较高精度,且晶粒尺寸模拟误差在10.6%之内。在低应变速率下,再结晶过程相对较快,获得的再结晶晶粒较小;在高温下,动态再结晶孕育期短且发生充分。同时得出不同初始晶粒尺寸最终得到的稳态晶粒尺寸基本趋于一致,流变应力曲线也会随着初始晶粒尺寸的变化呈现单峰型和周期波浪形变化。引进晶粒拓扑变形技术,考虑了变形过程中晶粒形状的变化,得到的晶粒组织致密,形貌真实度高,并统计了不同应变条件下的位错密度分布。