本文基于弹塑性大变形有限元理论,利用高性能计算机平台,建立了V150油套管热矫直三维有限元模型,动态模拟了V150油套管的矫直过程,分析了油套管在矫直过程中典型位置的应力应变分布,应变类型、应力应变变化过程以及周向残余应力大小分布,并通过X射线衍射法测量了油套管内表面的周向残余应力。根据田口方法对压弯量、压扁量、倾斜角等矫直参数进行了优化稳健设计,采用望小特性之SN评估了椭圆度和平直度的品质特性,并考虑了油套管的初始椭圆度和矫直后椭圆度沿轴向分布、平直度沿周向分布三种干扰因素。实验结果表明,周向残余应力测量结果为-130MPa～-480MPa,有限元计算结果为-189MPa～-489MPa,两者吻合良好,表明有限元模型是可靠的;油套管进入第1对矫直辊时,横截面应力应变分布具有轴对称性,经过第2、3对矫直辊时,横截面上应力应变分布不具有轴对称性,脱离矫直辊后,内外表面应力应变较大,管壁中部应力应变较小,内表面压缩变形占主导,外表面拉伸变形占主导。油套管脱离矫直辊后,内外表面应力应变较大,管壁中部应力应变较小;横截面同一角度内外表面的轴向应力应变时间历程曲线具有相同的变化规律,在拉应力与压应力之间循环变化,与之相隔180°的内外表面的应力应变时间历程曲线变化规律正好相反;横截面同一角度内外表面的周向应力时间历程曲线变化规律相反,并且表现出相反的残余应力;压扁矫正过程优化分析中,第1对辊压扁量为不重要因子,第3对辊压扁量为较重要因子,第2对辊压扁量为最重要因子,压扁量的最优组合为1.4 mm,4.0 mm,2.6 mm;矫直优化分析中,压扁量与倾斜角为不重要因子,压弯量为重要因子,最优参数组合为45mm,4.0mm,31°;以较优的矫直参数进行矫直后,V150油套管椭圆度和不平度大大降低,实现了矫直参数的优化。