中碳钢已经广泛应用于社会生产生活之中,随着社会的发展以及科技的进步,对中碳钢的强塑性提出了进一步的要求,而细化晶粒尺寸可以使材料具有更高的强塑性组合;这就要求钢铁材料具有更加细小的晶粒;但是传统的细化晶粒方式已无法满足其需要达到晶粒尺度的要求。本文从中碳钢温变形入手,结合钢材实际轧制工艺,围绕中碳钢温变形过程中组织演变规律展开研究;采用SEM、TEM、EBSD、热模拟以及实验室轧制等手段,进行了热压缩以及实验室模拟轧制实验,分析了中碳钢在温变形过程中的流变行为、显微组织演变规律、多道次变形显微组织、性能演变规律以及实验室温轧后不同冷却方式对力学性能的影响。主要结果有:(1)提出了一种推算试样端部与压头之间的摩擦系数的变化规律的方法,基于该方法对流变曲线进行了摩擦修正,同时也对高应变速率的流变曲线进行了塑性功转化热修正,获得不含有变形不均匀以及变形温度升影响因素的流变曲线。(2)中碳钢温变形过程中,流变曲线呈现低温高速变形过程中呈现软化特征,而高温低速变形则呈现稳态流变特征,并获得流变曲线不同特征的内在机理。(3)随着变形的进行,热加工图中的失稳区域逐步增大,最终得到实验参数范围内的适宜加工温度为:630-700℃。(4)在恒温变形结果表明:650℃变形可以获得细小的铁素体晶粒组织;变温平面压缩实验结果表明:720-650℃的温度区间轧制可以获得细小均匀的显微组织。(5)实验室轧制及控制冷却实验结果表明:720-650℃的温度范围内,四道次轧后可以获得较为细小的铁素体晶粒,轧后炉冷可以提升温轧试样综合力学性能得到提升。