大口径厚壁无缝钢管是火电、核电设备使用的重要基础构件，目前超(超)临界火电第三代核电设备急需解决的耐高温大口径厚壁无缝钢管在国内无法满足需求，而且传统的生产工艺生产的无缝钢管无法满足质量要求，尤其是P91铁素体耐热钢等高端核电用管和高压锅炉管产品，国内能够批量生产且产品质量稳定、工艺稳定性可靠和有生产经验的厂家很少。本文针对这一亟待解决的问题，对P91大口径厚壁无缝钢管的垂直挤压工艺过程进行了数值模拟研究，并对其工艺进行了优化。本文利用GLEEBLE-3500热模拟试验机对P91材料进行了热模拟实验，获得了P91材料的高温流动应力应变曲线，并对该实验结果进行了分析，该流动应力应变曲线作为数值模拟中材料的基础参数。本文利用DEFORM-3D数值模拟软件对两种典型电站用钢管559mm(外径)×339mm(内径)×12000mm(管长)以及813 mm(外径)×679 mm(内径)×6500mm(管长)的垂直挤压过程进行了数值模拟。在数值模拟过程中分别针对挤压比、凹模锥角以及定径带长度三个参数，通过数值模拟结果分析了这三个参数对大口径厚壁无缝钢管垂直挤压过程中的成型壁厚、等效应力、等效应变、温度场以及凸模载荷的影响。经过对两种不同管件的挤压成型过程数值模拟分析以后，利用神经网络结合遗传算法对两种管件的成型工艺进行了优化，最终确定Φ559mm×Φ339mm×12000mm管件的挤压比为5.8，凹模锥角15°，定径带长度为122mm；Φ813mm×Φ679mm×6500mm管件的挤压比为6.5，凹模锥角为20°，定径带长度为160mm时为最优工艺，该工艺为实际生产提供了一定的理论分析依据。