AP1000是目前最安全、最先进的核电技术，其机组主管道锻件选用316LN超低碳奥氏体不锈钢材料，锻造成型工艺复杂，锻件晶粒度难以控制，晶粒细化主要依赖于热变形中的再结晶行为，因此，研究316LN不锈钢热变形过程中的动态再结晶行为和微观组织变化规律，对于合理设计主管道锻造工艺、控制产品最终性能有着重要意义。通过一定条件下热/力模拟实验和金相实验，从而建立数学模型来预报热加工过程的组织是目前常用的研究方法，但这种方法无法描述动态再结晶过程中复杂的晶粒演变过程。元胞自动机是一种时间、空间均离散，并按照一定局部规则演化的动力学模型，其算法结构简单、计算效率高，在多种非线性物理过程的模拟中得到应用。本文依据金属材料热变形物理理论和实验结果，通过位错密度理论，将宏观变形过程和微观组织演变相联系，建立了晶粒正常长大和动态再结晶的元胞自动机模型，并与有限元模拟相结合，实现了316LN不锈钢锻压过程微观组织的模拟和预报。首先，通过Gleeble3500热/力模拟试验机上的热压缩试验，得到了变形温度为900~1200oC、应变速率为0.001~10s-1范围内316LN的应力—应变曲线。结合金相实验，分析了变形参数对316LN流变应力的影响和微观组织的演化规律，建立了稳态再结晶的晶粒尺寸模型；根据应力-位错关系和动态再结晶动力学方程，建立了316LN不锈钢高温流变应力模型，并获得了建立元胞自动机模型所需的材料参数。其次，以热激活、曲率驱动、能量耗散等机制为元胞自动机的推演规则，加入能量降幅最大判据，建立了描述316LN不锈钢在热处理过程中晶粒长大元胞自动机模型，对316LN不锈钢在1000~1100oC下的晶粒长大情况进行了模拟，并通过该模型获得了动态再结晶元胞自动机模拟所需的初始微观组织；建立了实验温度下真实时间和模拟时间步之间的对应关系，实现了316LN不锈钢加热过程的晶粒尺寸预测。然后，基于位错驱动的形核条件和晶粒长大动力学理论，对形核率方程进行修正，建立了316LN不锈钢动态再结晶的元胞自动机模型，模拟了不同热变形工艺参数下动态再结晶组织演变过程，验证了该模型对316LN动态再结晶组织特征的预测能力，并自主开发了316LN不锈钢动态再结晶微观组织预测仿真系统。最后，为了验证本文创建的316LN不锈钢动态再结晶元胞自动机模型的应用效果，结合有限元模拟方法，制定了热变形参数的更新规则，将DEFORM-3D模拟获得的温度、应变速率和应变等宏观物理场量引入到元胞自动机模型，对实际锻压过程的组织演变进行了模拟。动态再结晶体积分数、稳态晶粒尺寸以及组织演变过程等模拟结果与实测结果吻合较好。结果表明：本文所建立的模型能较准确地模拟316LN不锈钢热处理中晶粒长大和热变形中动态再结晶组织的演化过程，模拟结果与相关理论及金相实验结果吻合较好，可以实现对316LN不锈钢锻压过程中动态再结晶组织的模拟及晶粒度预测。