本发明提供一种基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法，属于热轧板形控制领域，基于热轧带钢层流冷却过程中温度、相变、应变/应力耦合过程，综合考虑带钢随温度变化的非线性物性参数、非线性的冷却条件等因素，建立关于温度‑相变‑应力多物理场耦合的有限元模型，利用有限元模型预测带钢在层流冷却过程的残余应力、量化残余应力分布及演变情况，同时再现实际冷却过程中板形演变情况；本发明根据热轧带钢出精轧机时的温度场作为输入条件，来计算整个冷却过程中带钢的内应力和板形的演变情况，再现实际层流冷却过程中的板形缺陷，再将预测出的残余应力作为精轧阶段的参考，经最终冷却得到的带钢会大大改善板形缺陷情况。