核电主管道是核电设备的重要组成部分,承载着高温、高压、高速且具有放射性的流体,工作环境恶劣,要求材料具有良好的耐腐蚀性和综合力学性能。主管道毛坯通常采用高温锻造成形工艺生产,在锻造过程中常常会出现粗晶组织,导致微观组织不均匀,影响主管道的综合力学性能。因此,设计并完善热成形工艺参数,形成成熟可靠的锻造工艺方案,确保主管道锻件组织均匀和性能优良,是当前迫切需要解决的实际工程问题。这需要对其变形过程进行深入研究,为制定合理的成形工艺提供理论依据。本课题针对核电主管道用钢316LN实际生产中出现的粗晶组织问题,采用晶体塑性有限元模拟分析了材料内部粗晶粒和细晶粒的尺寸和取向对材料变形过程的影响。模拟结果表明,变形过程中粗晶粒与周围细晶粒应变相差较大,晶粒之间变形不协调,导致宏观变形不均匀。随着变形量的增加,粗晶粒局部区域滑移系启动,粗晶粒发生转动,产生不均匀的微区应变,粗晶粒产生局部破碎。模拟结果还表明,垂直于粗大晶粒长轴方向压缩有利于粗大晶粒内部滑移系启动,促使粗大晶粒发生转动,从而破碎粗大晶粒。采用ABAQUS/Standard有限元软件模拟宏观变形条件下316LN粗晶材料塑性变形特点,模拟结果表明,当总压下率约为50%时,位于大变形区粗晶材料与对应大变形区小晶粒材料等效应变差值达到最大;当总压下率大于50%时,两者的等效应变差值迅速减小。故在实际生产过程中,为了有效破碎厘米级粗大晶粒,总压下率不宜低于50%。在Gleeble-3500热模拟实验机上完成不同变形条件下的单道次热压缩实验,研究316LN粗晶材料的微观组织演变和细化规律。实验结果表明,粗大晶粒的细化机制是晶粒机械破碎、晶内形核等多种细化机制共同作用的结果。变形温度为1200℃、应变速率为0.01s^-1、总压下率为50%时,厘米级粗大晶粒被完全破碎。在数值模拟和Gleeble热压缩实验基础上,设计并开展了不同工艺的热镦粗实验,研究不同变形区粗大晶粒微观组织的演化规律,以及变形工艺参数对粗大晶粒细化的影响。结果表明,粗大晶粒细化的温度应大于1150℃,总压下率约为50%。