大型筒节是重型压力容器的关键基础部件,广泛应用于核能、化工、冶金、海洋和航空等领域,是核电装备、石化装备和煤液化装备等领域所需的关键部件。“以轧代锻”可以满足日益增加的生产需求,但是轧制筒节壁厚方向变形不均匀,整体质量比较差。厚板生产中的差温轧制生产工艺可以改善厚度方向变形不均匀的问题,故对大型筒节进行差温轧制具有可行性,而形成合适的梯度温度场是筒节应用差温轧制工艺的前提。首先,设计了一种大型筒节均匀冷却的控制装置,并通过间接软测量的方式得到大型筒节壁厚方向的温度分布,合适的温度梯度是差温轧制的前提。其次,根据传热学基本原理,利用有限差分法建立筒节表层降温模型和筒节内部降温模型,分析空冷时间,水冷时间,水流密度、冷却方式等参数对大型筒节温度梯度的影响作用,以及大型筒节温度分布的形成规律。通过分析大型筒节温度分布规律,以少量多次的冷却思路,采用循环“水冷-返温”的冷却方式,快速形成差温轧制时需要的温度梯度。最后,采用ANSYS有限元软件模拟大型筒节冷却过程和轧制过程。通过对比有限元模拟结果和差分法计算结果,两者吻合性较好,所设计的冷却规程能够形成需要的温度梯度。结合数值模拟和实验研究大型筒节差温轧制厚度方向的变形情况,结果表明,大型筒节采用差温轧制,心部变形程度增加,厚度方向上的变形更加均匀,轧件的整体性能得到改善。