本文以热轧带钢的物理冶金模型和超快冷工艺为研究对象。修正和完善了热轧带钢组织性能预报系统的核心计算模型,拓宽了可预报钢种和工艺范围,提高了预报精度。利用热轧带钢组织性能预报系统和ANSYS软件,进行了超快冷过程中的热力耦合数值模拟和超快冷条件下铁素体相变和碳氮化物析出的数值计算,在实验室进行了超快冷对相变和析出影响的试验模拟,在中试线轧机上进行了应用超快冷热轧带钢的中试试验研究,数值分析和试验模拟结果为超快冷工艺的工业化应用提供了理论基础和试验依据。通过建立、修正或完善某些物理冶金模型或分析方法,在热轧带钢组织性能预报系统开发方面取得进展：根据熔点时压缩应力极小的状态,提出了一种简单实用的修正温变对单道次热压缩应力应变曲线影响的方法；基于热压缩过程变形储存能的演变规律,提出了一种从应力应变曲线计算动态再结晶分数、临界应变和道次间软化率的方法以及流变应力模型的建立方法；根据大量Ae3的数据,修正了相变热力学计算的超组元模型,并通过某一合金元素对另一合金元素Zener两参数的影响考虑了合金元素间的交互作用；采用类似小角度晶界比界面能的计算方法,对奥氏体铁素体界面的比界面能进行了计算,并建立了不同形核位置和核坯形状的经典形核方程；提出了一种计算Fe-Nb-V-Ti-A1-C-N合金系碳氮化物析出动力学和粒度分布的方法。基于ANSYS平台,建立了热轧带钢超快冷过程热力耦合有限元分析的二维模型,分析了初始温度、表面换热系数、板厚和碳含量等参数对超快冷条件下钢板厚度上温度和热应力分布的影响,并对CSP流程机架间超快冷装置的布置进行了讨论。利用完善后的组织性能预报系统进行超快冷工艺的数值模拟,并在实验室进行试验模拟和验证,以及对应用超快冷热轧带钢的组织和性能进行分析。结果表明：应用前置式超快冷,并随后缓冷的冷却方式有助于提高铁素体转变量和碳氮化物的析出量,并且析出相小尺寸粒子大幅增加,而应用后置式超快冷,对析出行为的影响不大。采用高温轧制并随后交替式超快冷工艺时,能得到细小的铁素体晶粒。并在减轻轧机负荷的同时增大了带钢强度尤其是抗拉强度,同时强塑积有所提高,屈强比降低,冲击吸收功增大。该工艺有助于实现热轧带钢的减量化生产。