本书系统地介绍了不锈钢极薄带轧制工艺原理、板形调控关键技术及多尺度建模方法。第1~4章分别介绍了极薄带的轧制工艺及设备、金属塑性变形分析、辊系变形计算，以及极薄带板形控制技术。第5~7章以极薄带模拟仿真为主线，介绍了极薄带晶体塑性理论、多尺度几何建模方法及极薄带晶体塑性有限元模拟，探讨轧制工艺参数和尺寸效应对极薄带轧制变形的影响规律。第8章阐述了多能场在极薄带轧制中的应用，丰富了极薄带轧制手段。
本书可供从事冷轧钢带生产的科研、设计、生产技术人员阅读参考，也可作为高等院校相关专业本科生、研究生的参考用书。

制造业是立国之本、强国之基，是国家综合实力的重要体现。党的二十大报告明确提出推动制造业高端化、智能化、绿色化发展的战略部署，为加快建设制造强国指明了前进方向。轧制装备作为关键工业母机，是金属材料成形的核心载体和品质保障的关键环节。不锈钢极薄带因其优异的力学性能、耐蚀性和表面质量，广泛应用于精密电子、医疗器械、新能源等高端领域，通常采用精密二十辊轧机进行制备。然而不锈钢极薄带厚度达到微米级、变形抗力大，导致轧制生产过程中存在板形缺陷、各向异性、组织不均匀等难题，使得传统轧制理论与工艺面临巨大挑战。多尺度建模方法的发展为深入理解极薄带轧制塑性变形机制提供了新的研究手段，有助于从塑性变形本质上优化工艺参数、提高产品性能并降低生产成本。
本书围绕不锈钢极薄带轧制工艺与多尺度建模技术，共分为8章。第1章介绍了不锈钢极薄带的整个轧制生产流程，对森吉米尔二十辊轧机和森德威四柱式二十辊轧机进行了详细介绍。第2章介绍了极薄带轧制塑性变形分析，包括接触变形区分布计算、轧制压力分布计算、最小可轧厚度公式及接触变形区金属横向流动计算。第3章介绍了二十辊轧机的辊系变形计算，包括轧制过程中的辊系受力分析、影响函数矩阵推导及辊系弹性变形模型的建立。第4章介绍了极薄带板形控制技术，包括冷轧板形控制概况、二十辊轧机板形控制特性分析、斜向交叉浪形屈曲变形机理研究及冷轧板形预设定控制。第5章介绍了极薄带晶体塑性理论，包括晶体学基础、变形理论基础、单晶塑性理论及均匀化方法。第6章介绍了极薄带多尺度几何建模方法，并基于沃罗诺伊（Voronoi）法建立了多晶体几何模型。第7章介绍了极薄带晶体塑性有限元的拉伸变形模拟和轧制变形模拟，分析了工艺参数和尺寸效应对极薄带轧制变形的影响规律。第8章以脉冲电场和超声能场为例，初步探索了外部能场辅助在极薄带轧制变形中的影响作用。
全书由黄庆学教授与王涛教授总体指导。具体分工如下：黄庆学教授编写第1章，任忠凯教授编写第2~4章，王涛教授编写第5章，范婉婉讲师编写第6~8章。此外，在本书撰写过程中，博士研究生魏书凤、陈启发、张杰和硕士研究生张博、杨亚玉、刘红艳、王婷愉、章泽华、王炳超在文献检索、绘图和公式录入等方面做了许多工作，在此表示感谢。
本书的撰写得到了国内外相关领域专家和同行的大力支持。希望本书能为机械工程、材料加工工程、计算材料学等领域的研究人员和工程技术人员提供参考，并推动不锈钢极薄带轧制技术的进一步发展。
本书在编写过程中引用了参考文献中各作者的研究成果，在此向他们表示衷心的感谢。由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。

黄庆学，中国工程院院士，冶金装备专家，太原理工大学原校长，第十三届全国人民代表大会代表。现任中国工程科技发展战略山西研究院院长、新疆智能装备研究院院长、先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心主任、智能采矿装备技术全国重点实验室主任，兼任中国机械工程学会副理事长、现代冶金装备学科首席带头人等职务。长期从事高端装备设计与金属材料成形研究，先后承担国家自然科学基金委重大项目、国家科技部重点研发计划、省部级项目以及国家特大型企业攻关项目70余项。建立了大型轧钢装备载荷特性求解、重载机构结构优化设计及大惯性系统高精度控制等方法，在中厚板轧制、矫正及剪切三大类关键装备技术研发方面取得突破，成果应用于中国宝武集团、太重集团等数十家企业。编撰出版《高精度轧制技术》《轧钢机械设计》等多部著作，以第一作者身份发表核心期刊论文80余篇。以第一完成人获国家技术发明奖二等奖1项、国家科学技术进步奖二等奖2项。入选国务院特殊津贴专家、新世纪百千万人才工程国家级人才，获何梁何利基金科学与技术进步奖、全国五一劳动奖章、全国优秀科技工作者等荣誉。

目录
丛书序
前言
第1章极薄带轧制工艺及设备1
1.1极薄带的用途和要求1
1.2极薄带的生产工艺2
1.2.1原料准备2
1.2.2轧制工艺3
1.2.3清洗与退火工艺6
1.2.4精整工艺10
1.3多辊轧机的发展概况17
1.3.1罗恩型钳式多辊轧机17
1.3.2森吉米尔型多辊轧机17
1.3.3森德威四柱式二十辊轧机18
1.3.4传统机架式直接压下的多辊轧机19
1.3.5苏联研制的多辊轧机20
1.3.6我国多辊轧机的研制和生产20
1.4森吉米尔二十辊轧机21
1.4.1工作机座21
1.4.2卷取机29
1.4.3开卷机及上料、喂料机构32
1.4.4板形及板厚控制33
1.4.5润滑及冷却系统34
1.5森德威四柱式二十辊轧机40
1.5.1工作机座40
1.5.2卷取机49
1.5.3压下和厚度控制50
1.5.4板形控制51
1.5.5润滑及冷却系统52
参考文献53
第2章金属塑性变形分析54
2.1接触变形区计算54
2.1.1极薄带非圆弧轧制理论54
2.1.2接触变形区数值模拟57
2.1.3变形区参数影响分析63
2.1.4基于机器学习的轧制力预测模型65
2.2轧制压力的计算69
2.2.1轧制压力的计算方法69
2.2.2接触面积的确定71
2.2.3平均压力计算与总压力计算75
2.3最小可轧厚度公式77
2.3.1斯通最小可轧厚度理论78
2.3.2极限条件变形区特征分析79
2.3.3最小可轧厚度新理论81
2.3.4最小可轧厚度理论验证83
2.4接触变形区金属横向位移85
2.4.1基于变分法的金属横向流动问题86
2.4.2极薄带横向位移理论求解88
2.4.3极薄带金属横向流动规律分析92
参考文献103
第3章辊系变形计算104
3.1辊系受力分析104
3.1.1静压时的辊系受力104
3.1.2轧制过程中的辊系受力107
3.1.3轧机传动力矩113
3.2影响函数及其矩阵的推导115
3.2.1半无限体模型基本原理115
3.2.2轧制压力对工作辊压扁影响函数及其矩阵的推导117
3.2.3辊间压扁的影响函数及其矩阵的推导120
3.2.4轧辊弹性弯曲影响函数及其矩阵的推导124
3.2.5分布式支承辊弹性弯曲的影响函数及其矩阵的推导126
3.3二十辊轧机辊系弹性变形模型的建立131
3.3.1辊系弹性变形模型的假设131
3.3.2辊系弹性变形模型的离散化处理131
3.3.3辊系弹性变形模型的基本方程136
3.3.4辊系弹性变形模型的迭代求解过程140
参考文献144
第4章极薄带板形控制技术146
4.1冷轧板形控制概况146
4.1.1冷轧板形的分类146
4.1.2冷轧板形的影响因素150
4.2二十辊轧机板形控制特性分析157
4.2.1第一中间辊锥长的影响分析157
4.2.2第一中间辊锥度的影响分析160
4.2.3压下率的影响分析161
4.3斜向交叉浪形屈曲变形机理研究163
4.3.1斜向交叉浪形产生机理分析163
4.3.2斜向交叉浪形屈曲变形数值模拟166
4.3.3斜向交叉浪形试验研究177
4.4冷轧板形预设定控制187
4.4.1板形设定控制策略188
4.4.2板形目标曲线动态补偿设定189
4.4.3板形目标曲线自适应设定192
4.4.4板形调节机构设定计算的流程194
参考文献196
第5章极薄带晶体塑性理论198
5.1晶体学基础198
5.1.1晶体结构和坐标转换198
5.1.2晶体取向和晶体学织构200
5.1.3晶体的滑移变形206
5.2变形理论基础209
5.2.1构形与运动描述209
5.2.2变形梯度与应变度量211
5.2.3速度梯度217
5.2.4应力张量与客观应力率220
5.3单晶塑性理论224
5.3.1晶体塑性概述224
5.3.2基于唯象理论的本构模型226
5.3.3基于位错密度的本构模型232
5.4均匀化方法236
5.4.1平均场均匀化方法237
5.4.2全场均匀化方法241
参考文献243
第6章多尺度几何建模方法246
6.1建模方法概述246
6.2基于试验数据与体视学的微观结构重构法248
6.3MC法250
6.4CA法254
6.4.1CA的基本组成259
6.4.2CA的基本特征263
6.4.3CA的动态再结晶物理模型265
6.4.4基于CA法的组织建模269
6.5沃罗诺伊法272
6.5.1利用MATLAB构建沃罗诺伊图276
6.5.2利用Python脚本构建沃罗诺伊图277
6.5.3开源的多晶结构建模软件277
6.6基于沃罗诺伊多晶体几何建模282
6.6.1基于MATLAB建立多晶体模型282
6.6.2基于Neper建立多晶体模型286
参考文献288
第7章极薄带晶体塑性有限元模拟290
7.1晶体塑性参数标定290
7.1.1极薄带拉伸试验研究290
7.1.2RVE模型的建立291
7.1.3晶体塑性参数的标定和验证293
7.2极薄带拉伸变形模拟296
7.2.1RVE模型拉伸变形中的微观非均匀变形296
7.2.2RVE模型拉伸变形中的滑移系演化300
7.2.3RVE模型变晶粒尺寸下的拉伸变形302
7.2.4RVE模型变晶粒尺寸下的微观结构演化307
7.3极薄带轧制变形模拟308
7.3.1极薄带轧制试验研究309
7.3.2极薄带轧制模型的建立与验证309
7.3.3张力对极薄带轧制变形的数值模拟311
7.3.4压下率对极薄带轧制变形的数值模拟317
7.4极薄带轧制尺寸效应322
7.4.1建立尺寸效应的极薄带轧制模型322
7.4.2厚度尺寸对极薄带轧制变形的影响324
7.4.3晶粒尺寸对极薄带轧制变形的影响330
参考文献336
第8章多能场在极薄带轧制中的应用337
8.1脉冲电流辅助极薄带轧制变形337
8.1.1电致塑性效应337
8.1.2脉冲电流辅助轧制技术340
8.1.3电辅助304不锈钢极薄带轧制试验341
8.2超声能场辅助极薄带轧制变形347
8.2.1超声作用效应347
8.2.2超声能场辅助轧制技术350
8.2.3超声辅助不锈钢极薄带轧制试验350
参考文献355