由于非调质钢在实际生产中大大减少了高能耗的热处理过程，并具有节能减排等经济特点，因此广泛应用于汽车领域。然而在其实际生产过程中，不仅要保证产品形状的基本要求，还应考虑如何通过塑性变形提高产品的综合机械性能。因此，热锻造过程中微观组织演变及均匀性的优化研究具有应用价值。本文选取非调质钢F45V作为研究对象，采用Gleeble-1500热模拟实验机对F45V非调质钢进行单道次压缩实验，在变形温度为950～1200℃、应变速率为0.01～10s-1的条件下，得到相应条件下的流动应力-应变曲线。由于得到的流动应力曲线具有典型的动态再结晶的特征，结合材料在热变形过程中曲线分为加工硬化-动态回复与动态再结晶两个阶段，采用Zener-Hollomon参数确定各个特征变量的数学表达式，建立F45V非调质钢高温流动应力模型，该模型与实验结果吻合较好。通过金相实验及对真应力-应变曲线的分析，建立了该材料的动态再结晶模型。将所建立的流动应力模型与微观组织演变模型导入到有限元软件DEFORM-3D中，对F45V非调质钢热变形过程中微观组织的演变进行了数值模拟，并分别分析了应变、温度与应变速率对动态再结晶分数及再结晶尺寸的影响。基于以上分析，构建出奥氏体晶粒尺寸均匀性的单目标函数。以锻造过程中初始晶粒尺寸、摩擦因子、变形温度、上模速度为影响晶粒尺寸均匀性的影响因素，通过正交实验与数值模拟相结合的方法，推算出各因素对微观组织均匀性的影响显著程度，并与实验进行对比，吻合较好。此外，由于非调质钢可以不经调质处理淬火后直接使用，因此奥氏体晶粒尺寸均匀性的优化方案就格外有意义。本文以实际生产中的汽车发动机连杆为例，对其在热塑性成形的过程中微观组织均匀性进行了数值模拟与分析。结果表明，采用了优化方案后连杆内部奥氏体尺寸分布较为均匀、尺寸差异较小，有利于其机械性能的提升。更进一步验证了数值模拟与正交实验相结合的方法具有一定的参考价值，为新产品开发和实际生产提供了一种合理的解决方案。