H型钢具有众多优点,在建筑、造船、机械制造等众多领域均有广泛的应用,是国家鼓励使用的节能环保型“绿色钢材”。H型钢复杂多样的使用环境对H型钢的组织和性能提出了新的、更高的要求。为了经济、便捷地生产合格的产品,基于现有的研究成果,面向组织的生产工艺设计方法被建立起来。本文以Q235B钢种HN800×300H型钢作为研究对象,结合山东莱芜钢铁集团公司大型H型钢生产线的实际工艺,采集了轧制力、温度等生产实测数据,对H型钢开坯前、精轧后和空冷后产品的组织进行了金相观察与分析,并通过热模拟实验建立了Q235B钢的高温流变应力模型。在此基础上,基于ABAQUS软件建立了H型钢全轧程组织预测仿真模型,分析了轧制力、温度场、组织场等仿真结果,验证了仿真模型的准确性,为H型钢工艺设计研究提供了数据支撑。在分析结果的基础上,基于Hodgson组织预测模型,采用灵敏度分析方法提出了面向组织的正向工艺设计及优化方法,便捷、有效地解决了轧制过程晶粒细化的问题；采用逆向设计方法提出了面向组织的逆向工艺设计方法,有效地解决了生产指定晶粒尺寸轧钢产品的问题。本文的主要工作及结论如下：(1)采用单道次压缩实验数据,构建了考虑再结晶信息的新型高温流变应力函数,准确描述了Q235B钢的高温变形行为。同时,基于ABAQUS用户子程序VUMAT和UMAT构建了适用于显式轧制过程计算和适用于隐式间隙过程计算的材料模型,成功地将高温流变应力函数模型和弹塑性增量本构关系引入了仿真模型中。(2)分析总结了现有的经典再结晶模型,并采用单道次压缩实验和双道次压缩实验数据分析验证组织演化模型的准确性、适用性,证明Hodgson模型是较为准确的、适用的。分析Hodgson模型得出了模型包含的固有缺陷,并提出了相应的解决办法,保证了仿真计算结果的准确性、合理性。同时,基于ABAQUS用户子程序VUMAT和UMAT成功引入组织演化模型,实现了H型钢轧制过程组织预测仿真计算。(3)结合材料模型和组织预测模型,根据轧制规程构建了HN800x300H型钢轧制过程组织预测仿真模型,并采用网格重构和数据传递等方法实现了全轧程组织预测计算。轧制力结果分析表明,开坯过程轧制力仿真值与实测值相对误差在1.60%-28.63%之间。组织预测结果分析表明,奥氏体晶粒尺寸在轧制过程减小,间隙过程长大,且腹板奥氏体晶粒尺寸在精轧过程变化不大,而翼缘和R角在精轧过程反复减小和增大；R角晶粒尺寸最大、翼缘次之,腹板最小,分布规律与金相观察结果一致。(4)采用灵敏度分析方法,结合优化算法实现了H800×300H型钢开坯轧制工艺的正向设计。基于灵敏度定义,结合Hodgson再结晶模型建立了单道次、多道次过程奥氏体晶粒尺寸对工艺参数的灵敏度方程,并采用该方程分析得出温度、第6道次应变速率和间隙时间、第7道次应变和和间隙时间对开坯后奥氏体晶粒尺寸影响最大的结论,进而设计了新工艺,使得开坯后奥氏体晶粒尺寸约为43.10μm,较原工艺所得奥氏体晶粒尺寸值减小38.34%。(5)基于Hodgson再结晶模型,建立了逆向工艺设计方法,并将其应用于H800×300H型钢开坯轧制的工艺设计,实现了面向组织的轧制工艺设计。在假设已知温度和变形量变化范围的基础上,建立了不同组织演化路径下应变速率、间隙时间和初始晶粒尺寸的可行域的数学模型；同时以工艺距离为度量,提出了工艺参数选择的依据,解决了工艺路径存在多条的问题,并保证了工艺路径的有效性。采用逆向工艺设计方法所得的H型钢开坯轧制新工艺通过适当降低轧制温度、缩短间隙时间、调整应变量大小实现了设计目标,开坯轧制后奥氏体晶粒尺寸达到预期的50μm,证明了逆向工艺设计方法的准确性、有效性。