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P91大口径厚壁无缝钢管是核电设备和火力发电设备使用的关键基础结构件。目前,立式挤压是生产此类特殊性能钢管的最优工艺方法。国外对该项工艺技术严密封锁,国内尚未开展系统研究。本文针对P91钢厚壁管立式挤压工艺进行了模拟研究。本文采用Gleeble.3500热模拟实验机对P91合金钢进行了单向热压缩变形实验,得到了P91合金钢的高温流动应力-应变曲线,结合金相分析研究了变形温度和应变速率对P91合金钢流动应力和奥氏体动态再结晶的影响规律：随着变形温度升高和应变速率降低,流动应力减小,动态再结晶造成的软化效果显著。高温低应变速率使再结晶晶粒尺寸增大,动态再结晶过程更加充分；应变速率越低,变形温度对再结晶晶粒尺寸的影响越大,变形温度越高、,应变速率对再结晶晶粒尺寸的影响越大。基于Avrami方程,通过统计回归首次得到了P91合金钢的动态再结晶数学模型。将该模型集成到Deform数值模拟软件中对动态再结晶过程进行数值模拟,对比模拟结果与实测值,二者吻合良好。说明P91合金钢动态再结晶数学模型的正确性,能够应用于该钢种热成形的组织预测。本文采用数值模拟与坯料温降工艺试验相结合的方法对比得到了挤压坯料润滑阶段的换热系数q1=0.01J/(m2·s·℃)；与缩比挤压工艺试验结果进行对比和误差分析,得到了100目玻璃粉、80目玻璃垫和水基石墨坯料-模具复合润滑方案的摩擦系数μ=0.03-0.05,为立式挤压工艺的数值模拟提供了准确的边界条件。本文通过反复试验,总结了立式挤压工艺的复合润滑方案和玻璃垫的制备方法。针对φ559mm(外径)×φ339mm(内径)×12000mm规格的大口径厚壁无缝钢管进行了缩比比例为1：8,挤压比为5、7和9的挤压工艺试验。通过对缩比挤压钢管的金相实验分析,得到了挤压比对钢管组织性能的影响规律,与φ813 mm(外径)×φ679mm(内径)×6500mm钢管采用挤压比为5.8时的晶粒度评级结果进行了对比。证实实际生产中采用5-7范围内的挤压比是合理的,缩比挤压工艺试验可以为实际生产提供依据。