大型锻件一般是重型装备上的核心零部件,由于工作环境特殊,要求其具有优良的综合力学性能。而金属的宏观力学性能由其最终微观组织结构决定,在热加工的过程中,金属的宏观塑性变形引起了内部微观组织的复杂变化。在工业生产中,利用动态再结晶机制来改善材料在热变形中的微观组织,是提高产品质量的重要途径。因此,了解和掌握金属在热变形时的微观组织演变规律,对提高其综合性能及控制产品质量具有非常重要的意义。本文以大型轧辊用钢Cr5为研究对象,将宏观工艺参数与元胞自动机结合,以位错密度为内变量,建立能够从本质上反应Cr5钢热塑性变形过程的微观组织演化模型,研究了Cr5钢动态再结晶行为的演化规律与其变形参数之间的关系,从而可以达到预测组织性能和优化工艺参数的目的。具体开展的研究工作如下:通过热压缩物理模拟实验、初始位错密度测量实验以及母相初始晶粒尺寸测量实验,分析了不同变形条件下Cr5钢的流变应力行为和组织演化规律,建立了Cr5钢高温流变峰值应力模型,并获取了元胞自动机(CA)模拟所需的材料参数。基于材料热变形过程中的位错密度变化、再结晶形核及晶粒长大等材料学物理冶金理论,通过追踪唯一内变量—位错密度的变化,建立了用于模拟Cr5钢动态再结晶行为的CA模型。利用所建立的动态再结晶CA模型,模拟了Cr5钢在各个变形条件下的高温流变应力曲线和动态再结晶动力学行为,并与实验结果进行对比,验证了模型的准确性。通过改变应变速率、变形温度以及应变量三大热变形参数,研究了各热力参数对Cr5钢动态再结晶行为的影响规律。结果表明,基于材料学物理冶金原理所建立的CA模型,可以准确模拟和预测Cr5钢动态再结晶微观组织和流变应力的演变特征,从而为预测组织演变和控制产品质量提供合理依据。