随着我国经济的快速发展和科学水平的不断进步,制造行业中对工件的性能要求进一步提高,因此工件的热处理工序所占的比重也随之增加。进入21世纪以来,热处理能耗占总能耗的比重不断增加。随着人们对节能环保型的可持续发展战略认识的提高,世界各国都在努力探求一种节能热处理技术。大型筒节是加氢反应器的重要组成部分,针对其传统的热处理周期长、能源消耗大等问题,本文探究一种既能提高大型筒节热处理后的综合力学性能又能缩短热处理时间的节能热处理方案。首先,为了提高大型筒节的冷却速度,减小淬火热应力和残余应力,并结合筒节的冷却方式建立了大型筒节的喷淋冷却数学模型和空冷数学模型。通过Jmat Pro软件和实验数据建立了大型筒节材料的CCT和TTT转变曲线,建立了组织转变数学模型。其次,通过DEFORM-2D有限元软件模拟了筒节轧制过程截面不同厚度处的压下率和道次轧制时间,为后期热模拟压缩实验做准备;通过DEFORM-HT模块模拟了筒节轧后热处理过程,通过模拟筒节在不同冷却方式下的温度场、应力场和组织场,为制定大型筒节最佳热处理工艺提供铺垫;通过模拟筒节正火加热过程中不同温度下所对应的奥氏体含量,为制定临界区正火温度做参照。再次,提出了大型筒节轧后余热热处理方案,利用喷淋—空冷联合冷却方法不仅能够合理控制筒节在冷却过程中的热应力和残余应力,而且能够提高筒节的冷却速度,降低筒节在后期热处理过程中的组织遗传。最后,针对大型筒节轧后心部易出现混晶和粗晶组织、热处理周期长、能源消耗大等问题,本文从热处理工艺入手,提出了升梯式和台阶式正火热处理方案,通过热处理实验和力学性能试验研究了筒节心部材料在升梯式和台阶式正火并回火热处理后的组织和力学性能,并与目前常用的等温式正火工艺对比,验证了所提出热处理工艺方案的可行性。