由于大型锻件初始铸锭组织的不均匀性和锻造成形多道次、多工序、变形不均匀等特点,粗晶和混晶是大锻件常见的微观组织缺陷。粗晶和混晶严重影响了大锻件的塑性、强度、冲击韧性、抗腐蚀等性能,导致锻件质量和服役年限下降。因此,研究粗晶组织的细化和均匀化是提高锻件综合性能的关键技术。本文以核电封头用SA508-3钢的铸态粗晶组织为研究对象,结合小型物理实验和数值模拟技术,对该材料高温塑性变形行为、动态再结晶过程中晶粒演化规律、细化晶粒方案和粗晶动态再结晶特征等方面进行了系统地研究。通过Gleeble等温热压缩实验建立了铸态SA508-3钢粗晶组织的两段式-高温流变应力模型和动态再结晶模型,并实现了在DEFORM软件的有效集成。由初始晶粒形貌和变形过程中微观组织对比分析得出由于铸态粗晶较差的变形协调性和形变孪晶的产生,低温加工硬化阶段铸态粗晶应力水平略高于锻态细晶。以镦粗实验为基础,结合热加工图和数值模拟,分析了变形温度、应变速率和应变量对晶粒尺寸、混晶程度的影响规律,得出了细化SA508-3钢铸态粗晶、减弱混晶的最佳变形工艺参数。通过比较微观组织结果和唯象模型计算值,对铸态SA508-3钢粗晶组织动态再结晶动力学进行了分析。得出在相同变形温度和应变速率时,相对于均匀组织,铸态粗晶组织可能由于局部晶界处于高能状态和变形集中而提前发生动态再结晶,但粗大晶粒需要更大的应变量才能完成动态再结晶。以镦粗变形为例,得到了三种不同初始晶粒尺寸的粗晶组织在1100℃下变形时完成动态再结晶所需要的应变量。