热轧H型钢因其内在截面分配合理、重量轻、比重小,性能方面具有优良的抗弯强度和承载能力,被广泛应用于建筑、桥梁等领域。现有民用建筑用钢主要强度为Q235、Q355、Q390、Q420乃至Q460也已经开始逐步推广使用。在实际生产中常常采用微合金元素的方法来生产高强度H型钢,不仅提高了吨钢成本,而且高合金化极易出现质量缺陷,力学性能不稳定。H型钢的控制冷却工艺可以通过热处理强化提高轧件综合性能,减少微合金元素的用量,进而节约生产成本。H型钢特殊的几何结构决定了无法采用类似于带钢层流冷却的水流冷却方式,其原因主要包括残余水无法排出易在其表面形成斑块等缺陷。而喷雾冷却使用弥散细小的液滴作为冷却介质,通过蒸发的方式带走热量,不会在轧件表面残留,且具有良好的冷却均匀性和较高的换热效率等优点。然而,H型钢喷雾冷却的工艺理论尚不完善,换热机制、冷却区域分布等基础科学与关键技术问题仍需突破。本文以材质为Q235b的H型钢作为研究对象,采用数值模拟与实验研究相结合的研究方法开展了以下工作:首先,利用能量色散X射线光谱仪进行实验材料各元素含量的测定,并以此为基础利用JMat Pro软件模拟计算获得了材料热物性参数,为后续数值模拟和热处理工艺制定提供了基础数据。其次,分别以钢板和H型钢为对象,进行基于Fluent有限元软件DPM模块的喷雾冷却过程热-流耦合数值模拟。同时,通过搭建喷雾冷却实验平台,开展了与数值模拟相同工况下的冷却和跟踪测温实验。结果表明,二者温降曲线基本吻合,验证了数值模拟模型的准确性。然后,建立了H型钢自然冷却条件下的热-流耦合模型,模拟分析H型钢在自然冷却过程中截面内温度场分布特点。以此为基础,选定H型钢横截面内质量分布最大、温降最慢的翼缘与腹板交叉位置,采用“水-气”双流体喷雾冷却方式对该区域进行在线局部加强冷却。并利用所建立数值仿真模型,模拟确定了喷距、喷雾角度、喷嘴布置方式,分析了不同水-气压力配比下水流量对H型钢冷却过程的影响。最后,利用搭建的H型钢冷却实验平台,针对H型钢的自然冷却、基于冷却速度最快的最优方案参数及非优方案参数三个典型工况进行实验,对比分析了不同冷却工艺对微观组织形貌及力学性能的影响,为热轧H型钢在线热处理工艺制定提供了重要依据。