奥氏体耐热不锈钢管材在大型压力容器、电站锅炉、石油化工等领域有着广泛的应用。近年来,各个应用领域均对耐热不锈钢管提出了大容量高参数化的要求,极大推动了新型奥氏体耐热钢的研制,特别是对其大口径厚壁管材需求迫切。然而,奥氏体耐热钢大口径厚壁管自身材质的合金化程度高,导致其热加工工艺窗口窄,而且由于规格大,在热加工制造过程中容易出现粗晶、混晶等组织缺陷影响其性能。因此,合理选择热加工工艺参数,实现晶粒组织控制,以获得均匀细小的晶粒组织满足高性能要求是奥氏体耐热钢大口径厚壁管热加工制造亟需解决的关键问题。本文的研究对象为一种新型含稀土节镍奥氏体耐热钢21Cr-11Ni-N-Ce,其通过稀土元素铈和氮元素微合金化,在降低Ni含量的同时,仍能获得优于310（25Cr-20Ni）奥氏体耐热不锈钢的高性能,是一种高附加值资源节约型耐热不锈钢。目前,国内外关于该类材料的研究主要集中在高温服役性能,关于其热加工过程中的晶粒组织演变规律仍然不明,尤其是经大变形后的亚动态再结晶行为以及晶粒长大行为的研究还少有涉及。本文通过在Gleeble-3 800热模拟试验机上进行了21Cr-11Ni-N-Ce耐热钢的双道次和单道次等温热压缩试验,研究了变形温度950℃¹ 150℃、应变速率0.1s^-110s^-1,道次间保温时间在0.5s³0s范围的亚动态再结晶行为。获得了不同工艺条件下的晶粒组织演变特征以及力学行为的响应规律,并建立了亚动态再结晶动力学模型和晶粒尺寸预测模型。通过在热处理炉上进行加热保温试验,研究了21Cr-11Ni-N-Ce耐热钢变形后,经1 000℃¹ 200℃范围内加热,保温3min¹20min后晶粒粗化行为,获得了加热温度和保温时间对晶粒尺寸的影响规律,建立了晶粒长大的数学模型。这些结果为实际热加工工艺提供了数据支撑和参考。另一方面,利用DEFORM-2D有限元模拟平台,从晶粒组织控制角度研究了21Cr-11Ni-N-Ce耐热钢大口径厚壁管的热挤压成形工艺。通过利用Fortran语言对DEFROM-2D进行二次开发,将试验得到的晶粒组织演化模型编入用户自定义子程序中,获得了不同挤压工艺条件下晶粒组织的特征。定义挤压工艺参数影响因子R,用来评价不同工艺参数对最终奥氏体晶粒尺寸的影响大小。通过讨论,提出了一种管材晶粒尺寸的控制思路,并得到较为合理的热挤压成型工艺区间。