采用数值模拟的方法，综合考虑化学成分、传热、冷却工艺条件、设备布置条件，建立了以物理冶金原理为基础的集传热、相变、性能于一体的热轧钢板轧后冷却过程的模拟模型和综合模拟软件系统。分别针对CSP生产线和传统带钢热连轧生产线进行了模型的验证和优化。模拟研究了钢板冷却过程中传热温度场、奥氏体转变以及钢卷冷却过程中碳氮化物的析出，建立了产品力学性能与可控工艺参数的定量联系。　　 水冷传热模型以沸腾换热机理为基础，考虑了冲击区、平流区对换热的不同影响，通过实际生产中温度测量数据与计算数据对比，反算回归确定了表面换热系数模型中的相关系数，并建立了钢板冲击区表面温度影响因子关系式。计算表明建立的模型具有良好的预报精度。利用所建模型系统分析了相变潜热、冷却工艺参数和设备布置参数对带钢冷却过程温度演变的影响并给出了定量的数据。　　 结合实际生产冷却工艺条件，总结并评价了现有文献中典型的相变模型。分析表明，适用性较好的孕育期模型为Kwon所提出的模型，动力学方程模型为Liu、Donnay、Sun所提出的模型，铁素体晶粒尺寸模型为Hodgson所提出的模型。采用优选的相变模型模拟了碳钢在冷却过程中的奥氏体转变，研究了化学成分、冷却模式对奥氏体转变过程的影响，讨论了厚度方向组织分布的不均匀性。　　 采用二维柱坐标传热方程模拟了钢卷冷却过程中的温度演变以及碳氮化物的析出，讨论了冷却方式、环境温度、头尾温度差、钢卷尺寸、钢种对钢卷温度演变的影响。计算了冷却方式、卷取温度对沉淀析出的影响，建立了力学性能与成分、晶粒尺寸、相体积分数的定量关系。　　 模拟了钢板厚度方向和宽度方向分别在层流冷却和超快速冷却条件下温度和组织分布的不均匀性。计算表明，上下集管水量比是影响上下表面温度均匀性的重要因素，稀疏冷却和分段冷却能够减小钢板厚度方向的温度梯度，边部遮蔽是改善钢板宽度方向温度梯度的有效手段。　　 所建立的综合数值模拟软件系统，能够综合地耦合计算不同冷却工艺条件下钢板的瞬时温度场和各相体积分数分布，最终得出钢板的力学性能分布。卷取温度计算值和实测值吻合良好，力学性能计算值和实测值吻合良好。建立的软件系统具有良好的预报精度，对改进现有生产工艺、提高产品的质量稳定性和开发新工艺新钢种具有重要的理论和实践指导意义。