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管道运输是长距离输送石油、天然气的有效手段,具有高效、经济、安全和无污染等特点。随着X80级管线钢的普遍应用,X100及更高钢级的管线钢的研发受到人们的关注,以期进一步降低管线的建设和运行成本。但是,X100的开发需要耗费大量的人力、物力和财力,且技术上存在一定限制。随着计算机技术的快速发展以及计算材料学的日益成熟,通过计算机模拟来研究轧制变形过程成为最为有效的方法之一。已有不少学者对中厚板热轧过程进行了热力耦合模拟,但是大多采用刚性轧辊简化进行二维或三维稳态轧制过程的模拟,温度场与应力场耦合方面多采用间接耦合,辐射边界条件常转化为对流边界条件来处理,以上处理会给计算结果带来偏差。本文针对X100管线钢,采用直接耦合的方法进行了轧制过程热力耦合分析。本研究考虑了材料应力-应变的非线性、几何大变形的非线性以及接触边界条件非线性等非线性问题,将轧辊设置为弹性辊,温度场与应力场直接耦合,并根据实际的传热情况施加对流传热、接触传热以及辐射传热等边界条件。对轧制温度为1000℃～1100℃、压下率为20%-40%、轧辊转速为27.2rpn-37.2rpn范围下的轧制过程进行了有限元模拟,研究了轧制温度、压下率、轧辊转速等对轧件板形、温度分布、残余应力以及应变的影响,得到了轧件的塑性变形规律、应力应变场、温度场以及轧制力的变化规律。轧制温度、压下率、轧辊转速等对温度分布、轧件板形、残余应力以及应变的具体影响如下：(1)轧制温度为1000℃,压下率为40%,轧辊转速为37.2rpn时,轧件的温度分布最均匀。(2)轧制温度为1100℃时,压下率为20%,轧辊转速为27.2rpn,轧件板形最为平整。(3)轧制温度为1100℃,压下率为40%,轧辊转速为27.2rpn时,轧件上表面宽度方向的残余应力分布最均匀,轧制温度为1000℃,压下率为30%,轧辊转速为37.2rpn时,轧件侧面厚度方向的残余应力分布最均匀。(4)轧制温度为1000℃,压下率为20%,轧辊转速为37.2rpn时,轧件上表面宽度方向的应变分布最均匀,轧制温度为1000℃,压下率为20%,轧辊转速为32.2rpn时,轧件侧面厚度方向的应变分布最均匀。目前在轧制过程热力耦合模拟研究领域尚未见到热力直接耦合、热边界条件齐全的文献报道。本研究为改进和优化轧制工艺提供了理论指导,为进一步研究轧制过程组织演变和性能预报分析提供了依据。