本文依托于国内某4300mm中厚板生产线的新增轧后超快冷项目,以超快冷条件下轧件的温度均匀性为研究对象,在轧件温度模型的开发、温度均匀性控制策略、超快冷过程自动控制系统的设计与应用及其冷却过程温度均匀性控制策略的适应性等方面开展研究工作。所开发的模型、策略及控制系统已成功应用于国内某4300mm中厚板生产线,在国内率先实现了超快冷条件下高等级钢种的批量生产。在此基础上,研究和分析了在粗轧机和精轧机之间以及轧后冷却过程中进行温度均匀性控制的可能性与适应性,提出了应用机架间和精轧后的附加冷却系统进行轧制过程轧件温度均匀性的控制这一设想。本文的主要研究内容和成果有：(1)由于超快冷条件下,会造成轧件表面与心部的较大温度梯度,故需要开发超快冷条件下的温度场模型,以充分考虑该温度梯度的影响,提高模拟计算的精度。基于此,本文以传热学为基础,利用有限元法,开发了中厚板超快冷过程的新型温度场模型。该模型通过单元比热插值函数的引入考虑了单元内部物性参数随温度变化的情形。为了满足在线模型对精度和实时性的要求,采用了逐层细分法对钢板厚向进行表面密集、心部稀疏的离散化处理；采用了变带宽存贮法进行数据的存储；采用了变步长模型对时间步长进行动态调整。在此基础上,基于VC++6.0编程平台,开发了模型的在线程序。(2)基于耦合相变的热-弹-塑性有限元模型,以Deform软件为计算平台,对钢板的冷却过程进行了温度-组织-变形的耦合模拟。模拟结果表明,钢板冷后的温度、组织均与现场实测温度数据、实测金相组织一致。在此基础上,重点分析了钢板厚向和宽向冷却不均时的板形变化规律。当钢板厚向冷却不对称时,钢板将向快冷的表面发生翘曲变形,钢板的板形将整体呈现船形；而当钢板宽度方向边部过冷时,钢板的变形则主要发生在边部区域,易形成边浪。该研究结果为现场板形的调试提供了理论支撑。(3)对超快冷过程中钢板纵向的温度均匀性进行了研究,提出了对钢板纵向进行分段微加速度控制的思想,建立了超快冷过程的辊道速度优化模型,并利用数学归纳法论述了该模型中样本与整体间的和谐统一关系。该模型有效解决了超快冷过程中钢板水冷前不均匀纵向温度的冷却均匀性问题,实现了对钢板全长终冷温度的高精度控制。(4)基于温度均匀性和控制的需要,设计了新一代中厚板轧后冷却的自动控制系统,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室将该系统命名为ADCOS-PM(Advanced Cooling System-Plate Mill)。开发了利用淬火机高位水塔做稳压器的特有超快冷供水模式,满足了新一代TMCP工艺的批量生产要求；提出了基于冷却模式进行系统切换的原则,采用了“先进先出”的队列存储技术以及存储限时技术,实现了新增超快冷系统与原ACC系统间的无缝衔接,二者有机组成了新一代ADCOS-PM.(5)基于ADCOS-PM良好的冷却均匀性,率先在国内某中厚板生产线高等级产品的生产中进行了低成本减量化工作。其中在管线钢X70的生产中,实施新一代TMCP工艺后,取消了微合金元素V的添加；在高强钢Q690的生产中,新一代TMCP+T工艺取代了传统TMCP+Q+T工艺。(6)为了减少轧后冷却系统的调整负荷,保证最终轧件质量均匀性和稳定性的要求,提出在粗轧机与精轧机之间和轧后输出辊道上进行轧件温度均匀性预控的设想。本文通过理论分析和模拟分析验证了该设想的可行性和适用性。计算结果表明,水冷后轧件宽向的平均温度与其平均值的偏差在±15℃以内；轧件纵向的温度与其目标终冷温度的偏差在±10℃以内,可实现轧制过程轧件温度均匀性的高精度控制。这将大大减轻轧后控制冷却系统的调整负荷,为最终获得高温度均匀性和性能均匀性的中厚板产品、提高产品性能的稳定性、减少切损(切头、切尾、切边)、提高成材率发挥重要的作用。本文针对超快冷条件下轧件的温度均匀性进行系统研究,开发了满足新一代TMCP工艺对轧件温度均匀性控制要求的新一代ADCOS-PM,具有很强的实用性。研究成果已成功应用于国内某4300mm中厚板生产线的新一代中厚板轧后冷却的实际生产控制中。ADCOS-PM的工业应用表明：所开发的新一代中厚板轧后冷却系统自热负荷试车以来,运行平稳,实现了ADCOS-PM中轧件温度均匀性的高精度控制。相关结论作为研究成果之一于2012年被北京市人民政府评为“北京市科学技术一等奖”,为企业创造了巨大的经济效益。在此基础上,对轧制过程温度均匀性预控进行了探索性和前瞻性的研究,为实现中厚板生产中全线温度均匀性的高精度控制和最终获得温度与组织均匀的钢板、提高过程的稳定性、均匀性奠定了坚实的基础。