钢铁材料热变形过程中微观组织演变行为对材料性能具有重要影响,且受多个机制混合影响。本文以10#钢为研究对象,该钢种是一种典型的低碳钢,其强度和硬度较低,塑性和韧性较好。因为近些年来建筑行业以及汽车业的飞速发展而被大量使用,所以对材料的要求也就越高。目前经常采用控制材料热变形过程中微观组织的方法来获得较高品质的材料产品,因此,研究材料成形过程中组织演变规律来寻找最佳的成形工艺条件是十分必要的。本文采用物理模拟研究技术,在Gleeble-1500热模拟试验机上将10#钢试样进行晶粒长大实验、单道次压缩实验以及双道次压缩实验,系统的研究了其在高温热变形下的再结晶和晶粒长大机制对材料组织和性能的影响规律,并结合实验结果,构建了相应的数学模型。具体的工作如下所示:设计了晶粒长大实验来获得10#钢在高温下的微观组织形貌,分析了保温时间和加热温度等参数对晶粒长大行为的影响。经过研究表明,10#钢的晶粒尺寸随着变形温度的增加呈现指数增加形式;随着保温时间的增加,晶粒尺寸先增加后趋于稳定;另外构建了10#钢在高温情况下的晶粒长大Sellars数学模型且模型拟合效果良好。根据对10#钢晶粒长大研究结果,设计了单道次热压缩实验来研究其动态再结晶行为特征。结合流变应力曲线变化规律,构建了预测其流变行为的应变补偿型Arrhenius本构方程;并构建了应变条件在0.2、0.4、0.6、0.8和1.0下的热加工图,分析不同条件下的稳定区以及失稳区,结合微观组织特征,得到了该钢种的最佳加工范围为1100-1175℃以及1.35×10-1-6×10-1s-1;最后,为了更好的描述动态再结晶行为规律,构建了相应的动态再结晶模型,且经过计算模型拟合效果良好。根据不同条件下发生动态再结晶的临界应变,设计了双道次热压缩实验来研究10#钢的亚动态或静态再结晶行为特征。结合流变应力曲线特征以及微观组织形貌,分析了不同加工条件对其再结晶机制的影响,另外,构建了相对应再结晶机制的动力学以及晶粒尺寸模型,且模型计算精度较高。