进入21世纪,全球的钢铁工业进入一个新的阶段,“高强、减薄”为代表的高强钢产品逐渐受到人们重视。而板形问题已成为制约高强钢应用的最突出问题,板形问题本质上是钢板内部的残余应力较大且分布不均匀。本文就传统残余应力测量方法存在的局限性限制,应用此前项目组提出的一种残余应力测量的新方法--比容差法,并由不同材料三维残余应力的实验测量,进一步确认了此新的测量分析方法的可操作性和有效性。该方法以材料塑性加工后相对体积变化定量的测量,可得到其残余应力的定量结果。材料的残余应力将造成体积变化,此体积变化可以由比容的精确测量得到。该研究对开发新的残余应力减小的工艺路径,提高板形稳定性,具有一定指导意义。本文首先分别以冷镦、冷轧及热轧工艺为例,对材料内部的三维残余应力进行了测量与分析,结果表明:塑性变形后,材料内部因产生残余应力,其体积变化。该分析结果与弹性力学的虎克定律相符合。由此得出,该方法对材料塑性变形后的残余应力状态可精确测量与分析。热膨胀实验通过测量材料升温过程中由于残余应力释放及受热膨胀所引起的总的尺寸变化,即应变,并结合比容差法得到的体积应变,即可得到不同方向的应变,根据虎克定律,便可计算得出不同方向的残余应力。由此证明了比容差法用于测量材料三维残余应力的可行性与科学性。传统的表面残余应力测量方法--盲孔法的实验结果证明了比容差法的有效可行,测量结果精确、可靠。在此基础上对热轧复合板板厚方向及高强钢板板宽方向的三维残余应力分布规律分别进行了研究,结果表明,对于热轧复合板其厚度方向的三维残余应力分布是不均匀的,残余压应力在板坯中心处取得最大值,且沿厚度方向逐渐减小,呈连续对称衰减分布;对于高强钢板而言,其板宽方向的残余应力从边上往中心逐渐减小。最后就切割对残余应力释放的影响规律进行了讨论,得到的结论是切割对残余应力释放的影响随着薄板尺寸的增大而减小。当试样尺寸10mm左右时,残余应力减小为零;且试样尺寸在120*120mm以上时,其残余应力达到稳定值,即切割对残余应力释放的影响减小至零。该影响规律可以用Gauss函数来近似表达,由此给出了描述切割对残余应力释放的影响规律的数学模型。本文另一方面的工作是以残余应力分布的预测为目标,首先利用有限元模拟软件ANSYS对小尺寸高强钢板轧后冷却过程的温度场进行了建模和计算,得到高强钢板在清水喷淬冷却条件下不同时间的瞬态温度场分布云图和Temp-Time曲线。并对心部的温降曲线进行了实验验证,两者吻合较好,最大误差在10%以内。而后通过ANSYS的热-力耦合算法,对高强钢板的残余应力场进行了数值模拟研究,得出其残余应力的大小和分布规律。最后根据相似性原理对较大尺寸的高强钢板进行了轧后温度场及残余应力场的模拟分析,得到其温度场分布云图,以及残余应力场云图。上述模拟结果表明:在单面清水喷淬的冷却条件下,大板的温度场分布规律与小板类似,即,顶角冷却较快,心部冷却较慢,边部冷却介于上述两者之间。沿着板宽及轧制方向,残余应力的分布规律基本相同,心部残余应力值较大,两端残余应力值较小。