中厚板是国民经济发展的重要原材料。随着社会的快速发展,市场对钢板的厚度规格和性能质量等方面都提出了更高的要求。面对市场要求的不断提高和钢铁行业竞争的日益激烈,厚规格钢板生产存在的问题和困难将更加突出。轧制方面存在的问题有中间坯待温时间过长,生产效率低;受原始坯规格或轧机能力限制,轧制压下率不足导致轧制变形难以向轧件心部渗透,使得铸坯原始内部缺陷无法消除,钢板内部组织粗化,不利于最终产品质量。冷却方面的问题主要有目前温度控制模型的精度和稳定性较差,计算能力上存在局限性。为了应对上述中厚板生产存在的问题,本文依托国家“十二五”科技支撑项目“热轧板带钢新一代TMCP装备及工艺技术开发与应用”(2012BAF04B01)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“厚规格连铸坯大梯度差温轧制内部缺陷演变机理研究”(L1507020)。从工业生产控制中的关键工艺参数出发,掌握了不同温控形变工艺下金属塑性变形行为的变化规律,并结合现场的应用需求,开发出适应工业生产的控冷模型,建立配套的自动化控制系统,实现中厚板在线冷却过程的精确控制,满足产品工艺要求。上述研究为中厚板工业化发展及产品开发做出了重要保障,并为成功申报国家“十三五”重点研发计划项目“高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用”(2016YFB0300601)提供了理论支撑。本文的主要研究工作包括:(1)建立了温控形变条件下金属不均匀变形的理论模型。基于轧制过程中金属内部塑性变形的受力状态以及难变形区的分布,对温控形变工艺下轧件内部的金属不均匀流动规律做了理论推导及难变形区形状变化的推演,并通过实验验证了在厚向大温度梯度或接触表面大摩擦条件下,轧件近表层难变形区的演变规律。(2)系统地模拟研究了冷却参数对温控形变工艺的影响。从冷却控制角度入手,选择工业生产所关注的主要控制参数:冷却强度(水量)、水冷时间和空冷(返红)时间,分别研究了上述冷却参数在温控形变轧制过程中对轧件厚向温度场、内部金属横向流动和塑性应变状态的影响。基于上述理论研究,对轧件厚向温差和厚向温度梯度的概念及两者对温控形变过程的影响,首次做出明确的区别和说明,为实际轧制过程中的冷却控制策略提供理论依据。(3)系统地模拟研究了轧制参数对温控形变工艺的影响。分别研究了关键性的控制参数,如轧制温度、轧制厚度和压下率,在温控形变轧制过程中对轧件厚向温度场、内部金属横向流动以及塑性应变状态的影响。此外,通过小压下率大温度梯度轧制与不同大压下率常规轧制的对比,得到了满足相同变形渗透效果的前提下,厚向温度梯度和轧制压下率的等效作用关系,为实际应用中的轧制控制策略提供参考。(4)基于温控形变工艺的模拟研究,开发了近机架的即时冷却实验装置,对单道次常规轧制与温控形变轧制、单道次同温差不同温度梯度的温控形变轧制以及多道次不同轧制阶段温控形变工艺分别进行了实验研究。验证了模型的可靠性,同时对工业产品试制提供了思路和指导。(5)研发了新型在线冷却控制模型。针对现场生产中对冷却控制系统提出的强可控性、高精度和快速响应等要求,提出并建立了可高效计算钢板横断面温度分布的1.5D温度场模型,为改善钢板宽向冷却均匀性提供了精确有效的控制方式,同时提出并建立了基于数据挖掘的自学习模型和智能增强(Intelligence Augmentation,IA)控制策略,具有适应性强、精度高及计算消耗低等特点,为冷却工艺的精细化控制提供了保障。(6)国内首次实现了温控形变工艺的工业化应用,参与建立轧后超快速冷却系统和即时冷却系统。进行了大厚度规格钢板温控形变工艺的工业试验,厚板内部质量得到改善,提高了产品综合性能。基于新模型所开发的冷却控制系统,有效提高冷却温度控制精度和稳定性,已成功应用于国内多条中厚板生产线。