核电机组的大型转子锻件是核电站中的重要部件,采用整锻制造方案,锻件重量达到350t以上,需要使用650-700t级钢锭进行锻造。转子锻件对材料化学成分、机械性能均匀性及探伤有很高的要求,该类锻件的制造在目前行业内均属于极限制造领域。大型转子锻件存在质量不稳定,制造周期长和制造成本高等问题。因此亟需通过数值模拟技术预报大型核电转子在锻造和热处理过程中的形状和性能变化,优化锻造工艺,避免混晶和粗晶缺陷。本文以大型核电转子用25Cr2Ni4MoV钢的热变形行为和大型核电转子的热加工组织演化为研究对象,研究了该材料的本构模型,热加工图,加热及变形过程中的组织演变数学模型。开发了精度可靠的锻热一体化模拟软件,并应用于预报大型核电转子热锻及热处理过程中的组织演化,能有效指导大型核电转子实际生产。本文的主要研究工作如下:基于热压缩试验,获得了 25Cr2Ni4MoV钢的真应力应变曲线,拟合得到材料的热变形激活能为356.79 KJ/mol。采用基于应变补偿的Arrhenius模型拟合得到材料的本构模型,建立了 25Cr2Ni4MoV钢的热加工图,当应变低于0.5,应变、变形温度和应变速率剧烈影响能量耗散图和失稳图。当应变高于0.5,热加工图受应变影响较小。25Cr2Ni4MoV 钢的最优热加工工艺参数为 1105-1150℃/0.0067-0.01 s-1。通过结合分析热加工图和微观组织,建立了与热加工图相对应的微观组织特征分布图,包括不完全结晶区,混晶区,细晶区和粗晶区。高能量耗散率对应的细晶区分布在混晶区和粗晶区之间。当温度高于1200℃,材料产生混晶和粗晶,应变速率高,材料发生不完全再结晶,变形不稳定。通过开展加热试验,研究了大型核电转子用25Cr2Ni4MoV钢加热和保温过程中的静态晶粒长大规律。材料在1250℃保温较长时间,晶粒粗化严重,因此应避免在高温下无锻比加热和保温。研究了材料的动态再结晶模型和静态再结晶模型,当原始晶粒尺寸较小,动态再结晶并不能细化初始组织。静态再结晶完成后,材料进入晶粒长大过程。静态再结晶后的晶粒长大速度明显快于保温过程中的晶粒长大。因此大型转子实际生产过程中,应避免变形后在高温下停留较长时间,尽量缩短各道次和各火次之间的时间间隔。加热速度、正火温度、保温时间和正火次数均显著影响循环正火过程的晶粒尺寸变化。第一次循环正火最优温度为930℃,随着循环正火次数增加,正火温度可以逐次降低,也能取得较好的晶粒细化效果。根据试验结果,建立了晶粒尺寸随循环正火次数变化模型。将晶粒演化模型,各个组织演化状态之间的转变条件二次开发进有限元软件,得到了热锻过程中的晶粒演化模拟软件。运用二次开发得到的晶粒演化模拟软件模拟预测了砧宽,压下量和成形温度对转子成形的影响,以组织细化为目标优化了自由锻工艺。研究了连续压下和非连续压下过程中转子内部组织演化规律,非连续压下会降低再结晶百分数,导致材料更大区域无法发生动态再结晶,细化组织效果不及连续压下工艺。开发了锻热一体化模拟软件,联合模拟了热锻过程和热处理过程转子内部组织演化。最后一成形火次及室温停留过程中,转子内部发生了复杂的组织转变过程。将热锻组织演化模拟结果传递给热处理过程,模拟了五次循环正火后大型核电转子晶粒尺寸,以及淬火后转子内部各相的组织含量,实现了热加工全过程转子性能预报,研究结果对大型核电转子实际生产过程的工艺优化和性能预测具有重要参考意义。