控制軋制和控制冷卻技術(shù)提高鋼材強度及韌性的三個主要機理是：

1、晶粒細化。對于低合金鋼來說，鐵素體晶粒越細，鋼材的強度越高，韌性也越好。相變前的奧氏體晶粒越小，相變后的鐵素體晶粒也越小。

控制軋制和控制冷卻技術(shù)的主要目的之一是成品軋件獲得細晶粒鐵素體組織。控制軋制可以通過兩種方法使奧氏體晶粒細化：一種是鋼材在軋制過程中奧氏體變形和奧氏體再結(jié)晶交替進行，使晶粒細化；另一種是在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制，使晶粒內(nèi)有大量變形帶，相變使形核數(shù)多，相變后鐵素體晶粒細化。

降低鋼坯加熱溫度，使原始奧氏體晶粒較小，加大道次變形量，降低終軋溫度，都有利于奧氏體再結(jié)晶晶粒的細化。

為了實現(xiàn)在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制，需要提高奧氏體再結(jié)晶的溫度。鋼種含有鈮、釩、鈦等微量合金元素時，就具有提高奧氏體在結(jié)晶溫度和延遲奧氏體再結(jié)晶的效果。從而使軋制過程能在未結(jié)晶區(qū)域進行。

2、微量元素的碳、氮化物促使強化、鈮、釩、鈦是比鐵強得多的碳化物或氮化物形成元素。在形成碳、氮化物元素的質(zhì)點和軋制工藝的影響下，鐵素體晶粒得到細化，其作用如下：

1）在加熱時抑制奧氏體晶粒長大；

2）在道次之間和終軋之后冷卻時阻止再結(jié)晶；

3）降低奧氏體到鐵素體相變的臨界點；

4）在鐵素體區(qū)域上部分阻止鐵素體晶粒長大。

碳化物和氮化物在高溫時溶解于奧氏體以及相變后析出，對鋼直接起彌散強化的作用

3、珠光體量的減少。在熱軋時隨著鋼中碳含量的增加，組織中的珠光體數(shù)量增加。珠光體是由片狀鐵素體和滲碳體共析混合組成的，它對鋼的韌性不利。因此，希望鋼在一定碳含量下盡可能減少珠光體的數(shù)量。

在控制軋制時，因鋼在低溫奧氏體區(qū)加大變形，所以，鋼的晶粒比普通軋制時的晶粒細的多。細的奧氏體晶粒促使奧氏體穩(wěn)定性減小，使相變溫度提高。由于鐵素體是先析相，所以碳在殘存下來的奧氏體區(qū)被濃縮，而形成一部分粒狀滲碳體存在于晶界上。這樣，由于鐵素體大量析出和生成滲碳體粒子而造成珠光體量的減少。

綜上所訴，細化晶粒即可提高強度，又可提高鋼材的韌性。