近年来,我国的工业得到前所未有的快速发展,同时资源消耗和环境污染等问题也不断加剧。作为节能减排压力巨大的钢铁行业,急需对目前的生产工艺设备进行改造使之满足绿色化、智能化和低成本的要求。在此背景下,棒线材免加热直接轧制工艺应运而生,通过快速出坯、运送过程保温、前后工序紧凑衔接和出坯送坯过程的合理调度,实现了最大限度地利用连铸坯温度,省去棒线材生产过程中的加热步骤,从而降低能源、减少烧损、节约成本。然而,目前该技术还有一些亟需人们完善的问题,譬如连铸过程导致的铸坯头尾存在一定温度差,轧件头尾性能有差异等。本文依托国家“十三五”重大专项项目-长型材智能化制备关键技术（2017YFB0304200）,以国内某棒线材免加热直接轧制工艺生产线智能化改造项目为背景,结合国内工业生产智能化的大趋势,开发温度场模型和组织性能预报工具,对直轧工艺下的棒线材窄窗口工艺区间进行分析,为直轧流程下的棒线材头尾性能均匀性控制提供理论基础。本文主要研究内容如下:（1）运用有限差分法建立传热差分模型,结合现场的工艺设备参数和生产节奏,使用C语言和Visual Studio 2017平台,完成了在棒线材直接轧制工艺下,连铸坯在连铸-运送-轧制-冷却生产全流程的温度场模拟。（2）通过单道次压缩实验,以165mm×165mm尺寸的方坯生产的直径为20mm的HRB400E螺纹钢为研究对象,对高温下HRB400E螺纹钢的热变形动态软化行为进行研究,确定了其动态再结晶激活能为324.27kJ/mol。（3）结合直轧工艺下棒线材的温度场变化,采用再结晶行为模型、相变模型和组织性能模型,实现了组织性能预报。分析了 HRB400E螺纹钢在热轧及冷却过程中的组织演变规律,结果表明:由于感应补热制度的缺陷,头尾存在温度差,产品尾部铁素体晶粒尺寸较头部小0.4μm,产品尾部屈服强度比头部高5～10MPa,延伸率低0.2%。（4）基于棒线材直接轧制工艺流程下产品的组织性能预报,针对直轧工艺的典型控制策略对头尾力学性能的影响进行分析:策略一,将铸坯切割方式由火焰切割改为液压切割;策略二,将连铸机拉坯速度由2.55m/min提高到3.00m/min;策略三,改变切割方式并提高拉速的同时调整感应补热制度。研究表明:策略一可以使铸坯头尾开轧温度提升17℃,产品头尾屈服强度分别降低13MPa和10MPa;策略二的提温作用较为明显,可使铸坯头尾开轧温度提升40℃左右,产品头尾屈服强度分别降低29MPa和25MPa,更高的开轧温度使性能差异增大;策略三利用铸坯提温改造来降低补热需求,当感应补热幅度降低至原补热幅度的50%时,有效改善直轧产品性能波动,头尾屈服强度分别降低了 21MPa和28MPa,感应补热能耗得到降低,更能发挥直轧工艺优势。