随着国民经济的增长，大型加氢反应器筒节和煤液化反应器筒节的需求量越来越大，如何提高筒节的性能和生产效率是大型铸锻件行业首要解决的问题。大型筒节的控冷过程可以控制其组织演变过程，进而控制其最终的性能。大型筒节现有的淬火冷却工艺存在冷却不均匀的问题，鉴于喷淋冷却机理和筒节轧制的特点，本文采用喷淋冷却的方式对筒节进行轧后冷却，研究了筒节材料喷淋冷却工艺下的温度场和组织演变过程。首先，基于喷淋冷却机理和沸腾传热理论，结合现场实际冷却情况，针对筒节温度不均匀现象，提出了喷淋冷却设计方法，设计了喷淋冷却装置，利用有限元法建立了喷淋冷却过程中温度场模型，模拟分析了筒节转速对温度分布的影响。将喷淋冷却工艺与淬火工艺进行对比可知，大型筒节采用喷淋冷却工艺，冷却效果更优。其次，考虑变形能对相变的影响，对KRC模型和超组元模型进行了修正，得到了筒节材料的相变热力学计算模型。利用Gleeble-3500热模拟实验机测定筒节材料的应力应变曲线，通过变形抗力模型、位错密度以及两者与变形能间的关系，分析了不同变形和合金元素含量下其热力学参数的变化规律。再次，考虑变形对晶界面积的影响，基于Cahn相变动力学理论和可加性法则建立了筒节材料的相变动力学连续冷却过程中相变体积分数模型，计算分析了变形和合金元素对相变动力学的影响；利用江坂一彬相变开始温度预测模型分析计算了冷却速率对相变温度的影响；通过热膨胀实验，绘制筒节材料的动态CCT曲线，结合金相图片分析不同冷速下得到的筒节材料组织，将模型计算值与热膨胀试验结果作对比验证了模型的准确性。最后，在温度场模型和相变模型的基础上，结合金相实验和扫描电镜实验观察分析了不同的控轧控冷工艺条件下大型筒节的组织形态以及组织相对应的力学性能。