从金属学的观点看，现在的TMCP工艺主要由再结晶奥氏体区轧制、未再结晶奥氏体区轧制、(α＋γ)两相区轧制和加速冷却四个阶段组成，如图1所示。但是，(α＋γ)两相区轧制现在很少采用。

图1  低碳钢TMCP的四个阶段和各阶段的组织

为改善钢的性能，必须优化TMCP工艺，了解与热轧工艺相关的组织演变过程是非常重要的。根据钢类的不同，采用的TMCP工艺也有差异，如图1和图2所示。对钒微合金化钢来说，宜采用图2中的②较低的再加热温度，获得较小的原始奥氏体组织＋图1中的①再结晶控制轧制，通过奥氏体的反复再结晶，获得细小的再结晶奥氏体晶粒＋图2中的③奥氏体和铁素体中的析出物(VN)，增加铁素体的形核密度＋图1中的④加速冷却，增大相变时铁素体的形核驱动力等的组合工艺，细化最终组织；对铌微合金钢来说，宜采用图1中的①奥氏体再结晶区轧制，尽可能破碎粗大的原始奥氏体晶粒＋图1中的②奥氏体未再结晶区轧制，通过大变形拉长奥氏体晶粒，增加形变储能和位错密度，使处于形变硬化状态的奥氏体发生γ→α相变，获得细小铁素体晶粒＋图1中的④加速冷却，增大过冷度，增加相变时的形核驱动力，细化最终组织，在这个工艺过程中，图1中的②奥氏体未再结晶区轧制，使奥氏体产生形变硬化对铁素体晶粒的细化是最有效的。

图2  再结晶控制轧制细化铁素体晶粒方法的示意图

瑞典金属研究所Roberys和Siwecki等人，采用计算机模型MICDEL计算了热轧过程中微观组织的演变，对优化轧制工艺(变形量、温度、停留时间)是有帮助的。图3给出了采用相同的轧制工艺，V、Nb、N含量不同的0.01%Ti-V-N钢和0.01%Ti-V-Nb钢在实际热轧过程中微观组织演变的情况。图中数据是从1100℃开始经11道次轧制的25mm钢板的情况。0.01%Ti-V-N钢再加热后原始奥氏体晶粒尺寸为20μm，而0.01%Ti-V-Nb钢约为55μm。0.04%V-0.01%N-0.01%Ti低合金钢，由于出现晶粒异常粗化，原始奥氏体晶粒尺寸达到500μm。由图3可以看出，高钒和高氮钢显示出有效的晶粒细化效果。

图3  Ti-V-(Nb)-N钢模拟工业化热轧过程中奥氏体微观组织的演变

微观组织演变模型也可用于计算0.08%V-0.018%N带钢或相似的HSLA热轧带钢奥氏体显微组织的演变，这两种钢在NUCOR钢厂的小型轧机上曾进行过再结晶控制轧制，结果表明，只要轧制道次超过3~4次，薄板坯连铸或板坯再加热后的原始奥氏体晶粒尺寸，对再结晶轧制后最终奥氏体晶粒尺寸没有影响。经过大压下后，通过新晶粒大量形核发生再结晶，使组织细化。

形变量对组织细化有显著影响。随着形变量的降低，再结晶的形核率降低，组织细化作用减小。高温小压下导致再结晶晶粒异常长大，特别是热轧道次的终轧压下量影响最显著。为了控制板形和板厚，终轧阶段通常采用小压下量的平整轧制，这将有可能导致再结晶控轧工艺细化奥氏体组织的作用降低。图4给出了ε-T-t对奥氏体晶粒影响的三维立体图，指出了防止出现粗晶组织的终轧工艺安全加工区的曲面，这里所说的粗晶是指奥氏体的晶粒尺寸为30μm。由图可以看出，在任意温度及保温时间下，当轧制应变量高于3%时就不会发生晶粒粗化现象。轧后立即进行加速冷却，可减小组织粗化的危险性。

图4  Ti-V-N钢避开终轧平整道次后出现粗晶奥氏体的工艺窗口

（ε-T-t三维坐标中的曲面是由再结晶或晶粒长大造成的粗晶区与原始细晶组织的分界面）