成材率是宽厚板生产的重要经济技术指标,而轧件平面形状和尺寸精度是影响宽厚板成材率的主要因素。在国内能源、资源紧缺,环境污染严重,国内外中厚板市场不景气,市场竞争异常激烈的背景下,以协调国内先进的宽厚板轧机与落后的产品成材率之间的矛盾为主要目标,开展宽厚板热轧过程中轧件平面形状控制的理论研究,开发现场适用的宽厚板平面形状控制模型意义重大。本文采用有限元数值模拟结合工业试验的方法来进行宽厚板热轧过程中轧件平面形状控制模型的开发与试用。主要研究内容和结论如下：1.以某厂5000mm宽厚板主轧机参数为基础,借助商业非线性有限元分析软件DEFORM-3D,建立了宽厚板普通热轧过程三维热-力耦合刚塑性有限元模型。基于工业生产数据,分别模拟了宽厚板单道次热轧、沿一个方向多道次往复热轧和沿两个方向多道次往复热轧过程。模拟结果表明,宽厚板热轧过程中轧件边部区域的宽展和头尾两端外端约束的缺省是轧件平面形状非矩形化的根本原因,沿一个方向往复轧制结束后的轧件平面形状是各个道次非均匀塑性变形结果的累积,沿两个方向往复轧制后的轧件平面形状是展宽轧制阶段和延长轧制阶段发展的轧件平面形状的叠加。延长轧制过程中,当轧件厚度小于某值时,轧件平面形状非矩形化导致的切损量所占大板比例不再随着延长轧制过程的进行而增加。据此,提出立辊侧压和展宽补偿轧制两种手段来提高宽厚板热轧过程中轧件平面形状的矩形度。上述宽厚板热轧过程中轧件平面形状的数值模拟结果与生产实测结果符合很好,证实了宽厚板热轧过程有限元模型和模拟结果的有效性,该有限元模型可以用于宽厚板热轧过程中轧件平面形状控制的研究。2.基于某厂5000mm宽厚板生产线上的立辊轧机参数和主轧机参数,在上述宽厚板热轧过程有限元模型基础上,建立了立轧-平轧三维热力耦合刚塑性有限元模型。模拟了不同轧制工艺参数条件下共320组立辊侧压和随后平轧制过程。分析模拟结果,阐明了立轧-平轧过程中轧件金属的流动规律,以及轧制工艺参数对立轧狗骨形状和立轧-平轧后轧件头尾失宽的影响。以立轧-平轧模拟结果为样本,借助BP人工神经网络,确立了轧制工艺参数与立轧-平轧调宽效率和轧件头尾失宽量之间的定量关系,进一步建立了宽厚板立辊侧压模型。并将此模型预测的立辊侧压头尾短行程控制参数应用于实际生产过程的有限元模拟,模拟结果表明轧件平面形状得到改善的同时,轧件模拟宽度与实测宽度吻合较好,宽厚板立辊侧压模型可以用于试生产。3.采用宽厚板普通热轧过程三维热-力耦合刚塑性有限元模型,模拟不同展宽比条件下的宽厚板普通热轧过程,以数值模拟结果为基础,采用非线性回归法建立了宽厚板普通轧制过程中轧件平面形状的预测模型。平面形状预测模型预测的轧件平面形状与有限元模拟结果符合很好,与现场测量的轧件头尾凸形长度和边部凹形长度符合很好。以上述宽厚板平面形状预测模型为基础,提出优化板坯尺寸和轧制规程设计的方法来提高轧件平面形状矩形度,进一步建立了展宽补偿轧制模型来控制宽厚板热轧过程中的平面形状。并将简化的直线型展宽补偿轧制模型的预测结果应用于实际生产过程的有限元模拟中,模拟结果表明简化的直线型展宽补偿轧制模型能有效减少轧件头尾凸形长度,可以用于试生产。4.分析上述立辊侧压模型和展宽补偿轧制模型在模拟实际生产应用中的优点和缺点,结合生产实践,以消除轧件头尾凸形和边部凸形为主要目标,提出如下思路来优化热轧宽厚板平面形状：首先根据宽厚板平面形状预测模型来优化板坯尺寸和轧制规程设计,为实施宽厚板平面形状控制轧制奠定基础；再根据轧制过程特点和宽厚板平面形状预测模型的预测结果,灵活选择立辊侧压或展宽补偿轧制手段来进一步提高轧件平面形状矩形度。采用立轧-平轧三维热力耦合刚塑性有限元模型模拟上述宽厚板平面形状控制轧制过程,数值模拟结果表明,针对头尾凸形、边部凹形的轧件平面形状,分别在延长轧制阶段实施立辊侧压或者在展宽轧制阶段实施展宽补偿轧制都能不同程度减少轧件头尾凸形、改善轧件边部形状；在展宽轧制阶段实施展宽补偿轧制的同时,于延长轧制阶段辅以立辊侧压,则能将轧件平面形状轧成近似矩形。对于边部凸形、头尾凹形的轧件平面形状,在展宽轧制阶段实施立辊侧压头尾短行程控制轧制和在延长轧制阶段实施辊缝恒定的立辊轧边控制轧制,能将轧件平面形状矩形化。