钢坯在加热炉内再加热的过程是热轧进行生产的重要环节，钢坯加热的情况不仅影响热轧设备的运行，而且还影响到轧制产品的质量。因而，对钢坯在加热炉内加热时的温度场和应力变形的模拟是十分必要的。本文依据包钢轨梁厂某步进式加热炉的生产工艺条件，采用ANSYS软件，以重轨钢坯为研究对象，以瞬态温度场有限元法为基础，建立了重轨钢坯在步进式加热炉内加热过程的三维瞬态非线性有限元模型，计算中重轨钢坯的热物理参数是随温度变化的，而且固态相变热的影响通过等效比热容法以比热形式考虑进去，钢坯加热时固定梁对其传热的影响忽略，钢坯在步进炉内的换热系数，通过分别计算对流换热系数和辐射换热系数，然后相加得出钢坯加热的综合传热系数，在此基础计算出钢坯的温度场；然后以弹塑性大变形有限元理论为基础，将温度计算时的单元转化为相应的结构单元，瞬态热分析结果作为体载荷，温度边界条件删除，定义钢坯的热膨胀系数、弹性模量、泊松比后，进行结构分析。温度计算结果表明，钢坯在步进式加热炉内加热，钢坯的固态相变热对钢坯加热的影响很显著，尤其是钢坯内部，随着加热炉温度的升高，钢坯的温升曲线有个明显的凹阶段；结构分析表明，热应力无约束边界条件下，钢坯在加热炉内的加热，各节点位移沿各坐标轴是线性增大的，钢坯的加热是一个受热膨胀过程，钢坯对称面上的等效应力在加热二段内达到500MPa，接近钢坯屈服应力；如果固定梁与钢坯接触不良，在钢坯下表面施加位移约束，就会产生钢坯的拱起弯曲。根据钢坯瞬态温度场、瞬态热应力场、钢坯拱起弯曲的分析结果，钢坯拱起弯曲的重要原因是固定梁、移动梁在钢坯下表面施加的位移约束，影响钢坯热膨胀，因此要控制炉温均匀增大，减小在每一个步进周期内固定梁、移动梁施加位移约束的对热膨胀的影响，为进一步优化钢坯加热质量提供理论基础。