近年来,天然气以其干净、高效、方便储运等特点成为最主要的清洁能源之一,其市场需求不断扩大,为了满足恶劣环境下天然气管道运输的要求,高强度管线钢的发展应用日益受到重视。管线钢生产过程中,其轧后冷却的控制是决定管线钢最终组织形态的重要因素,因此轧后冷却的温度场以及组织演变的预测对于管线钢的组织性能控制具有重要的意义。本文以X120级管线钢为研究对象,建立了冷却过程中的温度场数理模型,采用有限元分析方法对不同工艺条件下的轧后冷却过程中温度场变化进行了模拟,利用相变理论模型对微观组织演变进行了预测。在建立轧件的层流冷却模型时,采用随时间动态变化的对流边界条件实现了空冷区和水冷区的变化,相应地运动的轧件转化为静态,从而使模拟过程简化,大大减小了计算量;卷取冷却建模时,对于卷取后板材上下面紧密接触的部分,将接触面的对应节点通过耦合联系起来,这样无需考虑卷取过程中的变形问题,使卷取冷却的计算模型大大简化,并大大减小了计算量。通过对不同水流密度、轧件厚度和轧件运动速度条件下的冷却过程的模拟研究,获到了如下主要结果:轧件厚度较小时,加大水流密度可使轧件的温度分布更加均匀,缩小轧件的内外温差,获得更加细小的铁素体晶粒,同时能够增加微观组织中的贝氏体含量,在110L/（m2·s）的水流密度下,铁素体晶粒尺寸约2.9μm,比在30 L/（m2·s）水流密度下晶粒小了 1.0μm左右,同时贝氏体含量也上升大约19%;在轧件厚度和水流密度一定时,提高轧件运动速度会使卷取时的温度过高,会导致轧件在进行铁素体相变时进入卷取冷却,导致铁素体相含量过高,因此轧件运动速度应保持在一个适中的范围。本文研究对于X120管线钢轧后冷却的工艺参数的制定、组织性能控制以及生产工艺过程的优化具有较好的参考价值,对于组织性能预报理论建模等也具有较好的学术参考价值。