第三节 轧制生产工艺过程及其制定
由锭或坯轧制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合称为轧制生产工艺过程。组织轧制生产工艺过程首先是为了获得合乎质量要求或技术要求的产品，同时也要考虑努力提高产量及降低成本。因此，如何能优质、高产、低成本地生产出合乎技术要求的轧材，乃是制订轧制生产工艺过程的总任务和总依据。
在深入了解轧材技术要求的同时，我们还必须充分掌握金属与合金的内在特性，尤其是加工工艺特性及组织性能变化特性，亦即固有的内在规律。然后，利用这些规律以采取有效的工艺手段，并正确制订生产工艺过程，从而达到生产出合乎技术要求的产品的目标。
一、轧材产品标准和技术要求
轧材的技术要求就是为了满足使用上的需要，对轧材提出的在规格和技术性能的要求，例如，形状、尺寸、表面状态、机械性能、物理化学性能、金属内部组织和化学成分等方面的要求。它是由使用单位按用途的要求提出，再根据当时实际生产技术水平的可能性和生产的经济性来制定的。它具体体现为产品的标准。轧材的技术要求有一定的范围，并且随着生产技术水平的提高，这种要求及其可能满足的程度也在不断提高。轧制工作者的任务就是不断提高生产技术水平来尽量满足使用上的更高要求。
轧材的产品标准一般包括有品种（规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面的内容。品种标准主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求。
产品技术要求除规定品种规格要求以外，还规定其他的技术要求，例如，表面质量、钢材性能、组织结构及化学成分等，有时还包括某些试验方法和试验条件等。产品表面质量直接影响到轧材的使用性能和寿命。产品要求表面缺陷少、表面光整平坦而洁净。轧材性能的要求主要是对轧材的力学性能、工艺性能（弯曲、冲压、焊接性能等）及特殊物理化学性能（磁性、抗腐蚀性能等）的要求。其中最常见的是机械性能（强度性能、塑性和韧性等），有时还要求硬度及其他性能。
产品标准中还包括验收规则和需要进行的试验内容，包括做试验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件和试验方法等。此外，还规定了轧材交货时的包装和标志方法以及质量证明书等内容。某些特殊的轧材在产品标准中还规定了特殊的性能和组织结构等附加要求以及特殊的成品试验要求等。
各种轧材根据用途的不同都有各自不同的产品标准或技术要求。由于各种轧材不同的技术要求，再加上不同的材料特性，便决定了它们不同的生产工艺过程和生产工艺特点。
二、金属与合金的加工特性
为了正确制定轧材的生产工艺过程和规程，必须深入了解轧材的加工特征，即其固有的内在规律。下面以钢为主分别叙述与生产工艺过程和规程有关的加工特性。
1、塑性
纯金属和固溶体有较高的塑性，单相组织比多相组织的塑性高，而杂质元素和合金元素愈多或相数愈多，尤其是有化合物存在时，一般都导致塑性降低（稀土元素等例外），尤其是硫、磷、铜及铅锑等易熔金属更为有害。因此，一般纯铁和低碳钢的塑性最好，含碳愈高，塑性愈差；低合金钢的塑性也较好，高合金钢一般塑性较差。钢的塑性一方面取决于金属本身，这主要是与组织结构中变形的均匀程度，即与组织中相的分布、晶界杂质的形态与分布等有关，同时也与钢的再结晶温度有关，再结晶开始温度高、再结晶速度慢，往往使钢的塑性变差。另一方面，塑性还与变形条件，即与变形温度、变形速度、变形程度及应力状态有关，其中变形温度的影响最大，故必须了解塑性与温度的变化规律，掌握适宜的热加工温度范围。此外，在较低的变形速度下轧制，或采用三向压应力较强的变形过程，如采用限制宽度和包套轧制等，都有利于金属塑性的改善。
2、变形抗力
一般地说，有色金属及合金的变形抗力比钢的要低，随着合金含量的增加，变形抗力将提高。由加工原理已知，凡能引起晶格畸变的因素都使变形抗力增大。合金元素尤其是碳、硅等元素的增加使铁素体强化。合金元素，尤其是形成稳定碳化物的元素，在钢中一般都能使奥氏体晶粒细化，使钢具有较高的强度。合金元素还通过影响钢的熔点和再结晶温度与速度，通过相的组成及化合物的形成，以及通过影响表面氧化铁皮的特性等来影响变形抗力。在这里还要指出，当高温时，由于合金钢一般熔点都较低，因而合金钢变形抗力可能大为降低，例如，高碳钢、硅钢等在高温时甚至比低碳钢还要软。
3、导热系数
随着钢中合金元素和杂质含量的增多，导热系数几乎没有例外地都要降低。碳素钢的导热系数一般在摄氏零度时为ג0=40.8~60.5W/m·k ，合金钢ג 0=15.1~40.8W/m·k ，高合金钢ג0
4、摩擦系数
合金钢的热轧摩擦系数一般都比较大，因而宽展也较大。由该表可见，很多合金钢的摩擦系数要比碳素钢大，因而其宽展也大。这可能主要是因为这些合金钢中大都含有铬、铝、硅等元素。含铬高的钢形成粘固性的氧化铁皮，使摩擦系数增加，宽展加大。同样含铝、硅的钢的氧化铁皮也较粘而且软，因而摩擦系数也较大。但与此相反，含铜、镍和高硫的钢则使摩擦系数降低。合金钢的摩擦系数和宽展的这种变化，在拟订生产工艺过程和制定压下规
程时必须加以考虑。
5、相图形态
合金元素在钢中影响相图的形态，影响奥氏体的形成与分解，因而影响到钢的组织结构和生产工艺过程。例如，铁素体钢和奥氏体钢都没有相变，因而不能用淬火的方法进行强化，也不能通过相变改变组织结构，而且在加热过程中晶粒往往容易粗大。碳素钢及普通低合金钢一般皆属于珠光体钢，不可能是马氏体、奥氏体或铁素体钢。其实碳素钢也可以说是一种合金钢，碳也有升高相图中A4点和降低A3点的作用，所以高碳钢的生产工艺特性一般相近于合金钢，而低合金钢则与碳素钢相接近。由此可见，了解一种相图变化规律和特点，是制订该钢种生产工艺过程及规程的基础。
6、淬硬性
合金钢往往较碳素钢易于淬硬或淬裂。除钴以外，合金元素一般皆使奥氏体转变曲线往右移，亦即延缓奥氏体向珠光体的转变，降低钢的临界淬火速度，甚至如马氏体钢在常化的冷却速度下也可得到马氏体组织。这样对于塑性较差的钢也就很容易产生冷却裂纹（冷裂或淬裂）。由于合金钢容易淬硬和淬裂，因而在生产过程中便时常采取缓冷、退火等工序，以消除应力及降低硬度，以便于清理表面或进一步加工。
7、对某些缺陷的敏感性
某些合金钢比较倾向于产生某些缺陷，如过烧、过热、脱碳、淬裂、白点、碳化物不均等。这些缺陷在中碳钢和高碳钢中也都可能产生，只不过是某些合金钢由于合金元素的加入对于某些缺陷更为敏感罢了。例如，不同成分及用不同方法冶炼的钢的过热敏感性也不相同。一般说来，钢中合金元素增多，可在不同程度上阻止晶粒长大，尤其是铝、钛、铌、钒、锆等元素有强烈抑制晶粒长大的作用，故大多数合金钢比碳素钢的过热敏感性要小。但是，碳、锰、磷等由于能扩大奥氏体（γ）区，却往往有促使晶粒长大的趋势。又如含碳较高的钢，其脱碳倾向性也较大。钢中含少量的铬有利于阻止脱碳，但硅、铝、锰、钨却起着促进脱碳的作用。所以通常在硅钢片生产中能利用脱碳退火的方法来降低含碳量，而在生产弹簧钢60Si2Mn 时则更要注意防止脱碳。
白点是分布在钢材内部的一种特殊形式的微细裂纹。碳素钢只有在钢材断面较大（如重轨、轮箍等）且含锰、碳量较高时，才易形成白点。通常对白点敏感性大的钢种多为中合金钢，尤其是合金元素质量含量在8%左右的钢，由于氢的扩散聚集条件适中，钢的组织应力也大，故白点生成的几率较大。必须注意，白点不是在轧制时形成，而是在冷却时产生的，甚或冷却后当时尚不能发现，要到存放一定时间后才出现。任何能促使钢中氢气析出扩散的工序，例如长期的加热、退火、缓冷等，都会减轻或防止白点形成。
以上只是列举几种值得注意的主要钢种特性。实际上各种钢的具体特性都不相同，故在制定其生产工艺过程时，必须对其钢种特性作详细调查或实验研究，求得必要的参数，作为制订生产工艺规程的依据。
三、轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响
虽然根据产品的主要技术要求和合金的特性所确定的各种轧材的生产工艺流程各不相同，但其最基本的工序都不外是原料的清理准备、加热、轧制、冷却与精整和质量检查等工序。
1、原料的选择及准备
一般轧制生产常用的原料是铸锭、轧坯及连铸坯三种，有时还采用压铸坯。采用连铸坯是发展的方向，现正在迅速推广；而以钢锭作为原料的老方法，除某些钢种以外，已处于淘汰之势。原料种类、尺寸和重量的选择，不仅要考虑其对产量和质量的影响（例如考虑压缩比及终轧温度对性能质量及尺寸精度的影响），而且要综合考虑生产技术经济指标的情况及生产的可能条件。为保证成品质量，原料应满足一定技术要求，尤其是表面质量的要求。因而原料一般要进行表面清理，并且对于合金钢锭往往在清理之前还要进行退火。
采用连铸坯也是无缝钢管生产技术的重要发展趋势。用连铸坯直接轧管可使钢管成本降低15%以上。生产实践和专门试验证实，连铸坯的内部质量是较好的，内部非金属夹杂、化学成分偏析和铸造组织缺陷比用普通钢锭轧成的管坯少。连铸坯直接轧管的主要技术问题是如何解决钢管外表面质量问题，目前主要是从提高冶炼和连铸技术，改进穿孔方法及加强管坯质量检查和表面清理等几方面着手。
原料表面存在的各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折叠等），如果不在轧前加以清理，轧制中必然会不断扩大，并引起更多的缺陷，甚至影响钢在轧制时的塑性与成型。因此，为了提高钢材表面质量和合格率，对于轧前的原料和轧后的成品，都应该进行仔细的表面清理，特别是对合金钢要求就更加严格。因而合金钢在铸锭以后一般是采取冷锭装炉作业，让钢锭完全冷却，以便仔细进行表面清理，在清理之前往往要进行退火处理以降低表面硬度。至于碳素钢和低合金钢则为了尽量采用热装炉，或在轧前利用火焰清理机进行在线清理，或暂不作清理而等待轧制以后对成品一并进行清理。
原料表面清理的方法很多。对碳素钢一般常用风铲清理和火焰清理；对于合金钢，由于表面容易淬硬，一般常采用砂轮清理或机床刨削清理（剥皮）等。根据情况某些高碳钢和合金钢也可采用风铲或火焰清理，但在火焰清理前往往要对钢坯进行不同温度的预热。每种清理方法都有各自的操作规程。
2、原料的加热
在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。这就是说，一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内，并使其具有较高的温度和足够的时间以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好。但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品。因此，钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。
加热温度的选择应依钢种不同而不同。对于碳素钢，最高加热温度应低于固相线
100~150℃；加热温度偏高，时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大，引起晶粒之间的结合力
减弱，钢的机械性能变坏，这种缺陷称为过热。过热的钢可以用热处理方法来消除其缺陷。加热温度过高，或在高温下时间过长，金属晶粒除长得很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化，在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂或崩裂，有时甚至一受碰撞即行碎裂，这种缺陷称为过烧。过烧的金属无法进行补救，只能报废。过烧实质上是过热的进一步发展，因此防止过热即可防止过烧。随着钢中含碳量及某些合金元素的增多，过烧的倾向性亦增大。高合金钢由于其晶界物质和共晶体容易熔化而特别容易过烧。过热敏感性最大的是铬合金钢、镍合金钢以及含铬和镍的合金钢。此外，加热温度愈高（尤其是在900℃以上），时间愈长，炉内氧化性气氛愈强，则钢的氧化愈剧烈，生成氧化铁皮愈多。氧化铁皮除直接造成金属损耗（烧损）以外，还会引起钢材表面缺陷（如麻点、铁皮等），造成次品或废品。氧化严重时，还会使钢的皮下气孔暴露和氧化，经轧制后形成发裂。钢中含有铬、硅、镍、铝等成分会使形成的氧化铁皮致密，它起到保护金属及减少氧化的作用。加热时钢的表层含碳量被氧化而减少的现象称为脱碳。脱碳使钢材表面硬度降低，许多合金钢材及高碳钢不允许有脱碳发生。加热温度愈高，时间愈长，脱碳层愈厚；钢中含钨和硅等也促使脱碳的发生。
确定钢的加热速度时，必须考虑到钢的导热性。这一点对于合金钢和高碳钢坯（尤其是钢锭）更加显得重要。很多合金钢和高碳钢在500~600℃以下塑性很差。如果突然将其装入高温炉中，或者加热速度过快，则由于表层和中心温度差过大而引起的巨大热应力，加上组织应力和铸造应力，往往会使钢锭中部产生“穿孔”开裂的缺陷（常伴有巨大响声，故常称为“响裂”或“炸裂”）。因此，加热导热性和塑性都较差的钢种，例如高速钢、高锰钢、轴承钢、高硅钢、高碳钢等，应该放慢加热速度，尤其是在600~650℃以下要特别小心。加热到700℃以上的温度时，钢的塑性已经很好，就可以用尽可能快的速度加热。应该指出，大的加热速度不仅可提高生产能力，而且可防止或减轻某些缺陷，如氧化、脱碳及过热等。允许的最大加热速度，不仅取决于钢种的导热性和塑性，还取决于原料的尺寸和外部形状。显然，尺寸愈小，允许的加热速度愈大。此外，生产上的加热速度还常常受到炉子结构、供热能力及加热条件的限制。对于普碳钢之类的多数钢种，一般只要加热设备许可，就可以采用尽可能快的加热速度。但是，不管如何加热，一定要保证原料各处都能均匀加热到所需要的温度，并使组织成分较为均化，这也是加热的重要任务。如果加热不均匀，不仅影响产品质量，而且在生产中往往引起事故，损坏设备。因此，一般在加热过程中往往分为三个阶段，即预热阶段（低温阶段）、加热阶段（高温阶段）及均热阶段。在低温阶段（700~800℃以下）要放慢加热速度以防开裂；到700~800℃以上的高温阶段，可进行快速加热。达到高温带以后，为了使钢的各处温度均化及组织成分均化，而需在高温带停留一定时间，这就是均热阶段。
应该指出，并非所有的原料都必须经过这样三个阶段。这要看原料的断面尺寸、钢种特性及入炉前的温度而定。例如，加热塑性较好的低碳钢，即可由室温直接快速加热到高温；加热冷钢锭往往低温阶段要长，而加热冷钢坯则可以用较短的低温阶段，甚至直接到高温阶段加热。
为了提高加热设备的生产能力及节省能源消耗，生产中应尽可能采用热装炉的操作方式。热锭及热坯装炉的主要优点是：（1）充分利用热能，提高加热设备的生产能力，并节省能耗，降低成本；根据实测，钢锭温度每提高50℃，即可提高均热炉生产能力约7%；（2）热装时由于减少了冷却和加热过程，钢锭中内应力较少。热锭装炉的主要缺点是钢锭表面缺陷难以清理，不利于合金钢材表面质量的提高。对于大钢锭、大钢坯以及碳素钢或低合金钢，
应尽量采用热锭或热坯装炉；对于小钢锭（坯）及合金钢，一般采用冷锭或冷装炉。此外，当锭只经一次加热轧成成品（往往是小钢锭），不能进行钢坯的中间清理时，往往也采用冷锭装炉，以便清理钢锭的表面缺陷，提高钢材表面质量。
近年，国外正在研究和采用液心加热或液心轧制，这对节约能耗，降低成本很有成效。 原料的加热时间长短不仅影响加热设备的生产能力，同时也影响钢材的质量，即使加热温度不过高，也会由于时间过长而造成加热缺陷。合理的加热时间取决于原料的钢种、尺寸、装炉温度、加热速度以及加热设备的性能与结构等。原料热装炉时的加热时间往往只占冷装时所需加热时间的30~40%，所以只要条件可能，应尽量实行热装炉，以减少加热时间，提高产量和质量。这里，热装炉应是指在原料人炉后即可进行快速加热的原料温度下装入高温炉内。一般碳钢的热装温度取决于其含碳量，碳质量分数大于0.4%的钢，原料表面温度一般应高于700~800℃，若碳质量分数小于0.4%，则表面温度可高于600℃。允许不经预热即可快速加热的热装温度则取决于钢的成分及钢种特性。一般含碳及合金元素量愈多，则要求热装温度愈高。
关于加热时间的计算，用理论方法目前还很难满足生产实际的要求，现在主要还是依靠经验公式和实测资料来进行估算。
加热设备除初轧及厚板厂采用均热炉及室状炉以外，大多数钢板厂和型钢厂皆采用连续式炉，钢管厂多采用环形炉。近年兴建的连续式炉多为热滑轨式或步进式的多段式加热炉，其出料多由抽出机来执行，以代替过去利用斜坡滑架和缓冲器进行出料的方式，可减少板坯表面的损伤和对辊道的冲击事故。热滑轨式加热炉虽然和步进式炉一样能大大减少水冷黑印，提高加热的均匀性，但它仍属推钢式加热炉，其主要缺点是板坯表面易擦伤和易于翻炉，这样使板坯尺寸和炉子长度（炉子产量）受到限制，而且炉子排空困难，劳动条件差。采用步进式炉可避免这些缺点，但其投资较多，维修较难，且由于支梁妨碍辐射，使板坯或钢坯上下面仍有一些温度差。热滑轨式没有这些缺点。因此，近年新建的连续式加热炉多为这两种形式，其加热能力可高达150~300t/h。
3、钢的轧制
轧钢工序的两大任务是精确成型及改善组织和性能，因此轧制是保证产品质量的一个中心环节。
在精确成型方面，要求产品形状正确、尺寸精确、表面完整光洁。对精确成型有决定性影响的因素是轧辊孔型设计（包括辊型设计及压下规程）和轧机调整。变形温度、速度规程（通过对变形抗力的影响）和轧辊工具的磨损等也对精确成型产生很重要的影响，为了提高产品尺寸的精确度，必须加强工艺控制，这就不仅要求孔型设计、压下规程比较合理，而且也要尽可能保持轧制变形条件稳定，主要是温度、速度及前后张力等条件的稳定。例如，在连续轧制小型线材和板带钢时，这些工艺因素的波动直接影响到变形抗力，从而影响到、轧机弹跳和辊缝的大小，影响到厚度的精确。这就要求对轧制工艺过程进行高度的自动控制。只有这样，才可能保证钢材成型的高精确度。
对改善钢材性能方面有决定影响的因素是变形的热动力因素，这其中主要是变形温度、速度和变形程度。所谓变形程度主要体现在压下规程和孔型设计，因此，压下规程、孔型设计也同样对性能有重要影响。
(1) 变形程度与应力状态对产品组织性能的影响
一般说来，变形程度愈大，三向压应力状态愈强，对于热轧钢材的组织性能就愈有利，这是因为：
（a ）变形程度大、应力状态强有利于破碎合金钢锭的枝晶偏析及碳化物，即有利于改变其铸态组织。在珠光体钢、铁素体钢及过共析碳素钢中，其枝晶偏析等还比较容易破坏；而某些马氏体、莱氏体及奥氏体等高合金钢钢锭, 其柱状晶发达并有稳定碳化物及莱氏体晶壳，甚至在高温时平衡状态就有碳化物存在，这种组织只依靠退火是无法破坏的，就是采用一般轧制过程也难以完全击碎。因此，需要采用锻造和轧制，以较大的总变形程度（愈大愈好）进行加工，才能充分破碎铸造组织，使组织细密) ，碳化物分布均匀。
（b ）为改善机械性能，必须改造钢锭或铸坯的铸造组织，使钢材组织致密。因此对一般钢种也要保证一定的总变形程度，即保证一定的压缩比。例如，重轨压缩比往往要达数十倍，钢板也要在5~12倍以上。
（c ）在总变形程度一定时，各道变形量的分配（变形分散度）对产品质量也有一定影响。从产量、质量观点出发，在塑性允许的条件下，应该尽量提高每道的压下量，并同时控制好适当的终轧压下量。在这里，主要的是考虑钢种再结晶的特性，如果是要求细致均匀的晶粒度，就必须避免落入使晶粒粗大的临界压下量范围内。
(2)变形温度、速度对产品组织性能的影响
轧制温度规程要根据有关塑性、变形抗力和钢种特性的资料来确定，以保证产品正确成型不出裂纹、组织性能合格及力能消耗少。轧制温度的确定主要包括开轧温度和终轧温度的确定。钢坯生产时，往往并不要求一定的终轧温度，因而开轧温度应在不影响质量的前提下尽量提高。钢材生产往往要求一定的组织性能，故要求一定的终轧温度。因而，开轧温度的确定必须以保证终轧温度为依据。一般来说，对于碳素钢加热最高温度常低于固相线
100~200℃。开轧温度由于从加热炉到轧钢机的温度降，一般比加热温度还要低一些。确定加热最高温度时，必须充分考虑到过热、过烧、脱碳等加热缺陷产生的可能性。
轧制终了温度因钢种不同而不同，它主要取决于产品技术要求中规定的组织性能。如果该产品可能在热轧以后不经热处理就具有这种组织性能，那么终轧温度的选择便应以获得所需要的组织性能为目的。
(3)变形速度或轧制速度对产品组织性能的影响
变形速度或轧制速度主要影响到轧机的产量，因此，提高轧制速度是现代轧机提高生产率的主要途径之一。但是，轧制速度的提高受到电机能力、轧机设备及强度、机械化自动化水平以及咬入条件和坯料规格等一系列设备和工艺因素的限制。要提高轧制速度，就必须改善这些条件。轧制速度或变形速度通过硬化和再结晶的影响也对钢材性能质量产生一定的影响。此外，轧制速度的变化通过摩擦系数的影响，还经常影响到钢材尺寸精确度等质量指标。总的说来，提高轧制速度不仅有利于产量的大幅度提高，而且对提高质量、降低成本等也都有益处。
1960年以来大力发展的所谓“控制轧制”工艺，是严格控制非调质钢材的轧制过程，运用变形过程热动力因素的影响，使钢的组织结构与晶粒充分细化，或使在一定碳含量时珠光体的数量减少，或通过变形强化诱导有利夹杂沉淀析出，从而提高钢的强度和冲击韧性，降低脆性转变温度，改善焊接性能，以获得具有很好综合性能的优质热轧态钢材。根据轧制中细化晶粒方法的不同，控制轧制可分为再结晶控制轧制法和未再结晶控制轧制法两种，前者是在γ区间使轧制变形和再结晶不断交替发生，让奥氏体晶粒随温度降低而逐步细化，在重结晶后得到细小的铁素体晶粒；而后者则是对某种成分的钢，在γ区内一定温度（难再结晶
的温度）以下轧制，虽经大变形量而再结晶难以发生，使奥氏体晶粒充分细化，直至通过重结晶而转变为铁素体，得到极其细小的晶粒。从而大大提高钢的综合性能。此外，还有双相区控制轧制，是将加热至奥氏体化温度的轧制冷却到两相区，在A1以上的温度继续进行轧制，轧后冷至一定温度进行热处理，以获得所需的组织和性能。
合金钢锭开坯除采用轧制方法以外，有时还采用锻造方法。一般常在钢锭塑性很差、初生脆性晶壳及柱状晶严重时，或者在车间没有较大的开坯机时，采用锻造方法进行开坯。合金钢之所以往往利用锻造开坯，有以下主要原因：
（1）锻造时再结晶过程进行得比较充分。锻造的操作速度一般很慢，全锭锻打一遍需较长的时间，因而有充分的时间进行再结晶恢复过程。由于塑性差的高合金钢再结晶温度往往较高及再结晶速度往往较慢，故这一点对塑性的恢复便非常有利。除此以外，在锻造时还可以多次回炉加热以提高塑性，比轧制时要灵活得多。
（2）锻造时三向压应力状态一般较轧制时要强，这也有利于塑性。还可以采用圆弧形或菱形锤头，像轧制时的孔型一样，以防止自由宽展所形成的锻裂缺陷。
（3）在锻造过程中发现裂纹等缺陷时便于及时铲除掉，而轧制时则不能铲除，只能任其自由发展扩大。此外，锻打时还可连续不断地进行翻钢，使各部分都能受到加工，有利于提高成型质量。
（4）用于锻造的钢锭，其锥度可以大到4.5%以上，亦即钢锭锥度不像轧制所用钢锭一样受到限制。因而为了改进合金钢锭质量便可采用较大的锥度，这对于高合金钢来说尤其重要。
因此，对于低塑性合金钢锭的开坯往往采用锻造的方法。而在钢锭经过开坯以后，组织已较致密，塑性大有提高，一般便可比较顺利地进行轧制。由于锻造生产力低且劳动条件差，故应尽量以轧制来代替。
4、钢材的轧后冷却与精整
如前所述，某种钢在不同的冷却条件下会得到不同的组织结构和性能，因此，轧后冷却制度对钢材组织性能有很大的影响。实际上，轧后冷却过程就是一种利用轧后余热的热处理过程。实际生产中就是经常利用控制轧制和控制冷却的手段来控制钢材所需要的组织性能的。显然，冷却速度或过冷度，对奥氏体转化的温度及转化后的组织会产生显著的影响。随着冷却速度的增加，由奥氏体转变而来的铁素铁一渗碳体混合物也变得愈来愈细，硬度也有所增高，相应地形成细珠光体、极细珠光体及贝氏体等组织。
对于某些塑性和导热性较差的钢种，在冷却过程中容易产生冷却裂纹或白点。白点和冷裂的形成原因并不完全相同，前者的形成虽然是由于钢中内应力（组织应力）的存在，但主要还是由于氢的析出和聚集造成的；而后者却主要是由于钢中内应力的影响。钢的冷却速度愈大，导热性和塑性愈差，内应力也愈大，则愈容易产生裂纹。凡导热性差的钢种，尤其是高合金钢如高速钢、高铬钢、高碳钢等，都特别容易产生冷裂。但如前所述，这些高合金钢却并不易产生白点。
根据产品技术要求和钢种特性，在热轧以后应采用不同的冷却制度。一般在热轧后常用的冷却方式有水冷、空冷、堆冷、缓冷等数种。钢材冷却时不仅要求控制冷却速度，而且要力求冷却均匀，否则容易引起钢材扭曲变形和组织性能不均等缺陷。
钢材在冷却以后还要进行必要的精整，例如，切断、矫直等，以保证正确的形状和尺寸。
钢板的切断多采用冷剪，钢管多用锯切，简单断面的型材多用热剪或热锯，复杂断面多用热锯、冷锯或带异型剪刃的冷剪。钢材矫直多采用辊式矫直机，少数也采用拉力或压力矫直机。各类钢材采用的矫直机型式也各不一样。按照表面质量的要求，某些钢材有时还要进行酸洗、镀层等。按照组织性能的要求，有时还要进行必要的热处理或平整。某些产品按要求还需要进行特殊的精整加工。
5、钢材质量的检查
生产工艺过程和成品质量的检查，对于保证成品质量具有很重要的意义。现代轧钢生产的检查工作可分为熔炼检查、轧钢生产工艺过程的检查及成品质量检查三种。熔炼检查和轧钢过程的检查主要应以生产技术规程为依据，特别应以技术规程中与质量有密切关系的项目作为检查工作的重点。
现代轧机的自动化、高速化和连续化使得有必要和有可能采用最现代化的检测仪器，例如，在带钢连轧机上采用X 射线或γ与β射线对带钢厚度尺寸进行连续测量等。依靠这些连续检测信号和数学模型，对轧机调整乃至轧件温度调整，实现全面的计算机自动控制。
对钢材表面质量的检查要按轧制过程逐工序地进行取样检查。为便于及时发现缺陷，在生产流程线上近代采用超声波探伤器及γ射线探伤器等对轧件进行在线连续检测。
最终成品质量检查的任务是确定成品质量是否符合产品标准和技术要求。检查的内容取决于钢的成分、用途和要求，一般包括化学分析、机械和物理性能检验、工艺试验、低倍组织及显微组织的检验等。产品标准中对这些检查一般都作了规定。
第三节 轧制生产工艺过程及其制定
由锭或坯轧制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合称为轧制生产工艺过程。组织轧制生产工艺过程首先是为了获得合乎质量要求或技术要求的产品，同时也要考虑努力提高产量及降低成本。因此，如何能优质、高产、低成本地生产出合乎技术要求的轧材，乃是制订轧制生产工艺过程的总任务和总依据。
在深入了解轧材技术要求的同时，我们还必须充分掌握金属与合金的内在特性，尤其是加工工艺特性及组织性能变化特性，亦即固有的内在规律。然后，利用这些规律以采取有效的工艺手段，并正确制订生产工艺过程，从而达到生产出合乎技术要求的产品的目标。
一、轧材产品标准和技术要求
轧材的技术要求就是为了满足使用上的需要，对轧材提出的在规格和技术性能的要求，例如，形状、尺寸、表面状态、机械性能、物理化学性能、金属内部组织和化学成分等方面的要求。它是由使用单位按用途的要求提出，再根据当时实际生产技术水平的可能性和生产的经济性来制定的。它具体体现为产品的标准。轧材的技术要求有一定的范围，并且随着生产技术水平的提高，这种要求及其可能满足的程度也在不断提高。轧制工作者的任务就是不断提高生产技术水平来尽量满足使用上的更高要求。
轧材的产品标准一般包括有品种（规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面的内容。品种标准主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求。
产品技术要求除规定品种规格要求以外，还规定其他的技术要求，例如，表面质量、钢材性能、组织结构及化学成分等，有时还包括某些试验方法和试验条件等。产品表面质量直接影响到轧材的使用性能和寿命。产品要求表面缺陷少、表面光整平坦而洁净。轧材性能的要求主要是对轧材的力学性能、工艺性能（弯曲、冲压、焊接性能等）及特殊物理化学性能（磁性、抗腐蚀性能等）的要求。其中最常见的是机械性能（强度性能、塑性和韧性等），有时还要求硬度及其他性能。
产品标准中还包括验收规则和需要进行的试验内容，包括做试验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件和试验方法等。此外，还规定了轧材交货时的包装和标志方法以及质量证明书等内容。某些特殊的轧材在产品标准中还规定了特殊的性能和组织结构等附加要求以及特殊的成品试验要求等。
各种轧材根据用途的不同都有各自不同的产品标准或技术要求。由于各种轧材不同的技术要求，再加上不同的材料特性，便决定了它们不同的生产工艺过程和生产工艺特点。
二、金属与合金的加工特性
为了正确制定轧材的生产工艺过程和规程，必须深入了解轧材的加工特征，即其固有的内在规律。下面以钢为主分别叙述与生产工艺过程和规程有关的加工特性。
1、塑性
纯金属和固溶体有较高的塑性，单相组织比多相组织的塑性高，而杂质元素和合金元素愈多或相数愈多，尤其是有化合物存在时，一般都导致塑性降低（稀土元素等例外），尤其是硫、磷、铜及铅锑等易熔金属更为有害。因此，一般纯铁和低碳钢的塑性最好，含碳愈高，塑性愈差；低合金钢的塑性也较好，高合金钢一般塑性较差。钢的塑性一方面取决于金属本身，这主要是与组织结构中变形的均匀程度，即与组织中相的分布、晶界杂质的形态与分布等有关，同时也与钢的再结晶温度有关，再结晶开始温度高、再结晶速度慢，往往使钢的塑性变差。另一方面，塑性还与变形条件，即与变形温度、变形速度、变形程度及应力状态有关，其中变形温度的影响最大，故必须了解塑性与温度的变化规律，掌握适宜的热加工温度范围。此外，在较低的变形速度下轧制，或采用三向压应力较强的变形过程，如采用限制宽度和包套轧制等，都有利于金属塑性的改善。
2、变形抗力
一般地说，有色金属及合金的变形抗力比钢的要低，随着合金含量的增加，变形抗力将提高。由加工原理已知，凡能引起晶格畸变的因素都使变形抗力增大。合金元素尤其是碳、硅等元素的增加使铁素体强化。合金元素，尤其是形成稳定碳化物的元素，在钢中一般都能使奥氏体晶粒细化，使钢具有较高的强度。合金元素还通过影响钢的熔点和再结晶温度与速度，通过相的组成及化合物的形成，以及通过影响表面氧化铁皮的特性等来影响变形抗力。在这里还要指出，当高温时，由于合金钢一般熔点都较低，因而合金钢变形抗力可能大为降低，例如，高碳钢、硅钢等在高温时甚至比低碳钢还要软。
3、导热系数
随着钢中合金元素和杂质含量的增多，导热系数几乎没有例外地都要降低。碳素钢的导热系数一般在摄氏零度时为ג0=40.8~60.5W/m·k ，合金钢ג 0=15.1~40.8W/m·k ，高合金钢ג0
4、摩擦系数
合金钢的热轧摩擦系数一般都比较大，因而宽展也较大。由该表可见，很多合金钢的摩擦系数要比碳素钢大，因而其宽展也大。这可能主要是因为这些合金钢中大都含有铬、铝、硅等元素。含铬高的钢形成粘固性的氧化铁皮，使摩擦系数增加，宽展加大。同样含铝、硅的钢的氧化铁皮也较粘而且软，因而摩擦系数也较大。但与此相反，含铜、镍和高硫的钢则使摩擦系数降低。合金钢的摩擦系数和宽展的这种变化，在拟订生产工艺过程和制定压下规
程时必须加以考虑。
5、相图形态
合金元素在钢中影响相图的形态，影响奥氏体的形成与分解，因而影响到钢的组织结构和生产工艺过程。例如，铁素体钢和奥氏体钢都没有相变，因而不能用淬火的方法进行强化，也不能通过相变改变组织结构，而且在加热过程中晶粒往往容易粗大。碳素钢及普通低合金钢一般皆属于珠光体钢，不可能是马氏体、奥氏体或铁素体钢。其实碳素钢也可以说是一种合金钢，碳也有升高相图中A4点和降低A3点的作用，所以高碳钢的生产工艺特性一般相近于合金钢，而低合金钢则与碳素钢相接近。由此可见，了解一种相图变化规律和特点，是制订该钢种生产工艺过程及规程的基础。
6、淬硬性
合金钢往往较碳素钢易于淬硬或淬裂。除钴以外，合金元素一般皆使奥氏体转变曲线往右移，亦即延缓奥氏体向珠光体的转变，降低钢的临界淬火速度，甚至如马氏体钢在常化的冷却速度下也可得到马氏体组织。这样对于塑性较差的钢也就很容易产生冷却裂纹（冷裂或淬裂）。由于合金钢容易淬硬和淬裂，因而在生产过程中便时常采取缓冷、退火等工序，以消除应力及降低硬度，以便于清理表面或进一步加工。
7、对某些缺陷的敏感性
某些合金钢比较倾向于产生某些缺陷，如过烧、过热、脱碳、淬裂、白点、碳化物不均等。这些缺陷在中碳钢和高碳钢中也都可能产生，只不过是某些合金钢由于合金元素的加入对于某些缺陷更为敏感罢了。例如，不同成分及用不同方法冶炼的钢的过热敏感性也不相同。一般说来，钢中合金元素增多，可在不同程度上阻止晶粒长大，尤其是铝、钛、铌、钒、锆等元素有强烈抑制晶粒长大的作用，故大多数合金钢比碳素钢的过热敏感性要小。但是，碳、锰、磷等由于能扩大奥氏体（γ）区，却往往有促使晶粒长大的趋势。又如含碳较高的钢，其脱碳倾向性也较大。钢中含少量的铬有利于阻止脱碳，但硅、铝、锰、钨却起着促进脱碳的作用。所以通常在硅钢片生产中能利用脱碳退火的方法来降低含碳量，而在生产弹簧钢60Si2Mn 时则更要注意防止脱碳。
白点是分布在钢材内部的一种特殊形式的微细裂纹。碳素钢只有在钢材断面较大（如重轨、轮箍等）且含锰、碳量较高时，才易形成白点。通常对白点敏感性大的钢种多为中合金钢，尤其是合金元素质量含量在8%左右的钢，由于氢的扩散聚集条件适中，钢的组织应力也大，故白点生成的几率较大。必须注意，白点不是在轧制时形成，而是在冷却时产生的，甚或冷却后当时尚不能发现，要到存放一定时间后才出现。任何能促使钢中氢气析出扩散的工序，例如长期的加热、退火、缓冷等，都会减轻或防止白点形成。
以上只是列举几种值得注意的主要钢种特性。实际上各种钢的具体特性都不相同，故在制定其生产工艺过程时，必须对其钢种特性作详细调查或实验研究，求得必要的参数，作为制订生产工艺规程的依据。
三、轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响
虽然根据产品的主要技术要求和合金的特性所确定的各种轧材的生产工艺流程各不相同，但其最基本的工序都不外是原料的清理准备、加热、轧制、冷却与精整和质量检查等工序。
1、原料的选择及准备
一般轧制生产常用的原料是铸锭、轧坯及连铸坯三种，有时还采用压铸坯。采用连铸坯是发展的方向，现正在迅速推广；而以钢锭作为原料的老方法，除某些钢种以外，已处于淘汰之势。原料种类、尺寸和重量的选择，不仅要考虑其对产量和质量的影响（例如考虑压缩比及终轧温度对性能质量及尺寸精度的影响），而且要综合考虑生产技术经济指标的情况及生产的可能条件。为保证成品质量，原料应满足一定技术要求，尤其是表面质量的要求。因而原料一般要进行表面清理，并且对于合金钢锭往往在清理之前还要进行退火。
采用连铸坯也是无缝钢管生产技术的重要发展趋势。用连铸坯直接轧管可使钢管成本降低15%以上。生产实践和专门试验证实，连铸坯的内部质量是较好的，内部非金属夹杂、化学成分偏析和铸造组织缺陷比用普通钢锭轧成的管坯少。连铸坯直接轧管的主要技术问题是如何解决钢管外表面质量问题，目前主要是从提高冶炼和连铸技术，改进穿孔方法及加强管坯质量检查和表面清理等几方面着手。
原料表面存在的各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折叠等），如果不在轧前加以清理，轧制中必然会不断扩大，并引起更多的缺陷，甚至影响钢在轧制时的塑性与成型。因此，为了提高钢材表面质量和合格率，对于轧前的原料和轧后的成品，都应该进行仔细的表面清理，特别是对合金钢要求就更加严格。因而合金钢在铸锭以后一般是采取冷锭装炉作业，让钢锭完全冷却，以便仔细进行表面清理，在清理之前往往要进行退火处理以降低表面硬度。至于碳素钢和低合金钢则为了尽量采用热装炉，或在轧前利用火焰清理机进行在线清理，或暂不作清理而等待轧制以后对成品一并进行清理。
原料表面清理的方法很多。对碳素钢一般常用风铲清理和火焰清理；对于合金钢，由于表面容易淬硬，一般常采用砂轮清理或机床刨削清理（剥皮）等。根据情况某些高碳钢和合金钢也可采用风铲或火焰清理，但在火焰清理前往往要对钢坯进行不同温度的预热。每种清理方法都有各自的操作规程。
2、原料的加热
在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。这就是说，一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内，并使其具有较高的温度和足够的时间以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好。但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品。因此，钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。
加热温度的选择应依钢种不同而不同。对于碳素钢，最高加热温度应低于固相线
100~150℃；加热温度偏高，时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大，引起晶粒之间的结合力
减弱，钢的机械性能变坏，这种缺陷称为过热。过热的钢可以用热处理方法来消除其缺陷。加热温度过高，或在高温下时间过长，金属晶粒除长得很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化，在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂或崩裂，有时甚至一受碰撞即行碎裂，这种缺陷称为过烧。过烧的金属无法进行补救，只能报废。过烧实质上是过热的进一步发展，因此防止过热即可防止过烧。随着钢中含碳量及某些合金元素的增多，过烧的倾向性亦增大。高合金钢由于其晶界物质和共晶体容易熔化而特别容易过烧。过热敏感性最大的是铬合金钢、镍合金钢以及含铬和镍的合金钢。此外，加热温度愈高（尤其是在900℃以上），时间愈长，炉内氧化性气氛愈强，则钢的氧化愈剧烈，生成氧化铁皮愈多。氧化铁皮除直接造成金属损耗（烧损）以外，还会引起钢材表面缺陷（如麻点、铁皮等），造成次品或废品。氧化严重时，还会使钢的皮下气孔暴露和氧化，经轧制后形成发裂。钢中含有铬、硅、镍、铝等成分会使形成的氧化铁皮致密，它起到保护金属及减少氧化的作用。加热时钢的表层含碳量被氧化而减少的现象称为脱碳。脱碳使钢材表面硬度降低，许多合金钢材及高碳钢不允许有脱碳发生。加热温度愈高，时间愈长，脱碳层愈厚；钢中含钨和硅等也促使脱碳的发生。
确定钢的加热速度时，必须考虑到钢的导热性。这一点对于合金钢和高碳钢坯（尤其是钢锭）更加显得重要。很多合金钢和高碳钢在500~600℃以下塑性很差。如果突然将其装入高温炉中，或者加热速度过快，则由于表层和中心温度差过大而引起的巨大热应力，加上组织应力和铸造应力，往往会使钢锭中部产生“穿孔”开裂的缺陷（常伴有巨大响声，故常称为“响裂”或“炸裂”）。因此，加热导热性和塑性都较差的钢种，例如高速钢、高锰钢、轴承钢、高硅钢、高碳钢等，应该放慢加热速度，尤其是在600~650℃以下要特别小心。加热到700℃以上的温度时，钢的塑性已经很好，就可以用尽可能快的速度加热。应该指出，大的加热速度不仅可提高生产能力，而且可防止或减轻某些缺陷，如氧化、脱碳及过热等。允许的最大加热速度，不仅取决于钢种的导热性和塑性，还取决于原料的尺寸和外部形状。显然，尺寸愈小，允许的加热速度愈大。此外，生产上的加热速度还常常受到炉子结构、供热能力及加热条件的限制。对于普碳钢之类的多数钢种，一般只要加热设备许可，就可以采用尽可能快的加热速度。但是，不管如何加热，一定要保证原料各处都能均匀加热到所需要的温度，并使组织成分较为均化，这也是加热的重要任务。如果加热不均匀，不仅影响产品质量，而且在生产中往往引起事故，损坏设备。因此，一般在加热过程中往往分为三个阶段，即预热阶段（低温阶段）、加热阶段（高温阶段）及均热阶段。在低温阶段（700~800℃以下）要放慢加热速度以防开裂；到700~800℃以上的高温阶段，可进行快速加热。达到高温带以后，为了使钢的各处温度均化及组织成分均化，而需在高温带停留一定时间，这就是均热阶段。
应该指出，并非所有的原料都必须经过这样三个阶段。这要看原料的断面尺寸、钢种特性及入炉前的温度而定。例如，加热塑性较好的低碳钢，即可由室温直接快速加热到高温；加热冷钢锭往往低温阶段要长，而加热冷钢坯则可以用较短的低温阶段，甚至直接到高温阶段加热。
为了提高加热设备的生产能力及节省能源消耗，生产中应尽可能采用热装炉的操作方式。热锭及热坯装炉的主要优点是：（1）充分利用热能，提高加热设备的生产能力，并节省能耗，降低成本；根据实测，钢锭温度每提高50℃，即可提高均热炉生产能力约7%；（2）热装时由于减少了冷却和加热过程，钢锭中内应力较少。热锭装炉的主要缺点是钢锭表面缺陷难以清理，不利于合金钢材表面质量的提高。对于大钢锭、大钢坯以及碳素钢或低合金钢，
应尽量采用热锭或热坯装炉；对于小钢锭（坯）及合金钢，一般采用冷锭或冷装炉。此外，当锭只经一次加热轧成成品（往往是小钢锭），不能进行钢坯的中间清理时，往往也采用冷锭装炉，以便清理钢锭的表面缺陷，提高钢材表面质量。
近年，国外正在研究和采用液心加热或液心轧制，这对节约能耗，降低成本很有成效。 原料的加热时间长短不仅影响加热设备的生产能力，同时也影响钢材的质量，即使加热温度不过高，也会由于时间过长而造成加热缺陷。合理的加热时间取决于原料的钢种、尺寸、装炉温度、加热速度以及加热设备的性能与结构等。原料热装炉时的加热时间往往只占冷装时所需加热时间的30~40%，所以只要条件可能，应尽量实行热装炉，以减少加热时间，提高产量和质量。这里，热装炉应是指在原料人炉后即可进行快速加热的原料温度下装入高温炉内。一般碳钢的热装温度取决于其含碳量，碳质量分数大于0.4%的钢，原料表面温度一般应高于700~800℃，若碳质量分数小于0.4%，则表面温度可高于600℃。允许不经预热即可快速加热的热装温度则取决于钢的成分及钢种特性。一般含碳及合金元素量愈多，则要求热装温度愈高。
关于加热时间的计算，用理论方法目前还很难满足生产实际的要求，现在主要还是依靠经验公式和实测资料来进行估算。
加热设备除初轧及厚板厂采用均热炉及室状炉以外，大多数钢板厂和型钢厂皆采用连续式炉，钢管厂多采用环形炉。近年兴建的连续式炉多为热滑轨式或步进式的多段式加热炉，其出料多由抽出机来执行，以代替过去利用斜坡滑架和缓冲器进行出料的方式，可减少板坯表面的损伤和对辊道的冲击事故。热滑轨式加热炉虽然和步进式炉一样能大大减少水冷黑印，提高加热的均匀性，但它仍属推钢式加热炉，其主要缺点是板坯表面易擦伤和易于翻炉，这样使板坯尺寸和炉子长度（炉子产量）受到限制，而且炉子排空困难，劳动条件差。采用步进式炉可避免这些缺点，但其投资较多，维修较难，且由于支梁妨碍辐射，使板坯或钢坯上下面仍有一些温度差。热滑轨式没有这些缺点。因此，近年新建的连续式加热炉多为这两种形式，其加热能力可高达150~300t/h。
3、钢的轧制
轧钢工序的两大任务是精确成型及改善组织和性能，因此轧制是保证产品质量的一个中心环节。
在精确成型方面，要求产品形状正确、尺寸精确、表面完整光洁。对精确成型有决定性影响的因素是轧辊孔型设计（包括辊型设计及压下规程）和轧机调整。变形温度、速度规程（通过对变形抗力的影响）和轧辊工具的磨损等也对精确成型产生很重要的影响，为了提高产品尺寸的精确度，必须加强工艺控制，这就不仅要求孔型设计、压下规程比较合理，而且也要尽可能保持轧制变形条件稳定，主要是温度、速度及前后张力等条件的稳定。例如，在连续轧制小型线材和板带钢时，这些工艺因素的波动直接影响到变形抗力，从而影响到、轧机弹跳和辊缝的大小，影响到厚度的精确。这就要求对轧制工艺过程进行高度的自动控制。只有这样，才可能保证钢材成型的高精确度。
对改善钢材性能方面有决定影响的因素是变形的热动力因素，这其中主要是变形温度、速度和变形程度。所谓变形程度主要体现在压下规程和孔型设计，因此，压下规程、孔型设计也同样对性能有重要影响。
(1) 变形程度与应力状态对产品组织性能的影响
一般说来，变形程度愈大，三向压应力状态愈强，对于热轧钢材的组织性能就愈有利，这是因为：
（a ）变形程度大、应力状态强有利于破碎合金钢锭的枝晶偏析及碳化物，即有利于改变其铸态组织。在珠光体钢、铁素体钢及过共析碳素钢中，其枝晶偏析等还比较容易破坏；而某些马氏体、莱氏体及奥氏体等高合金钢钢锭, 其柱状晶发达并有稳定碳化物及莱氏体晶壳，甚至在高温时平衡状态就有碳化物存在，这种组织只依靠退火是无法破坏的，就是采用一般轧制过程也难以完全击碎。因此，需要采用锻造和轧制，以较大的总变形程度（愈大愈好）进行加工，才能充分破碎铸造组织，使组织细密) ，碳化物分布均匀。
（b ）为改善机械性能，必须改造钢锭或铸坯的铸造组织，使钢材组织致密。因此对一般钢种也要保证一定的总变形程度，即保证一定的压缩比。例如，重轨压缩比往往要达数十倍，钢板也要在5~12倍以上。
（c ）在总变形程度一定时，各道变形量的分配（变形分散度）对产品质量也有一定影响。从产量、质量观点出发，在塑性允许的条件下，应该尽量提高每道的压下量，并同时控制好适当的终轧压下量。在这里，主要的是考虑钢种再结晶的特性，如果是要求细致均匀的晶粒度，就必须避免落入使晶粒粗大的临界压下量范围内。
(2)变形温度、速度对产品组织性能的影响
轧制温度规程要根据有关塑性、变形抗力和钢种特性的资料来确定，以保证产品正确成型不出裂纹、组织性能合格及力能消耗少。轧制温度的确定主要包括开轧温度和终轧温度的确定。钢坯生产时，往往并不要求一定的终轧温度，因而开轧温度应在不影响质量的前提下尽量提高。钢材生产往往要求一定的组织性能，故要求一定的终轧温度。因而，开轧温度的确定必须以保证终轧温度为依据。一般来说，对于碳素钢加热最高温度常低于固相线
100~200℃。开轧温度由于从加热炉到轧钢机的温度降，一般比加热温度还要低一些。确定加热最高温度时，必须充分考虑到过热、过烧、脱碳等加热缺陷产生的可能性。
轧制终了温度因钢种不同而不同，它主要取决于产品技术要求中规定的组织性能。如果该产品可能在热轧以后不经热处理就具有这种组织性能，那么终轧温度的选择便应以获得所需要的组织性能为目的。
(3)变形速度或轧制速度对产品组织性能的影响
变形速度或轧制速度主要影响到轧机的产量，因此，提高轧制速度是现代轧机提高生产率的主要途径之一。但是，轧制速度的提高受到电机能力、轧机设备及强度、机械化自动化水平以及咬入条件和坯料规格等一系列设备和工艺因素的限制。要提高轧制速度，就必须改善这些条件。轧制速度或变形速度通过硬化和再结晶的影响也对钢材性能质量产生一定的影响。此外，轧制速度的变化通过摩擦系数的影响，还经常影响到钢材尺寸精确度等质量指标。总的说来，提高轧制速度不仅有利于产量的大幅度提高，而且对提高质量、降低成本等也都有益处。
1960年以来大力发展的所谓“控制轧制”工艺，是严格控制非调质钢材的轧制过程，运用变形过程热动力因素的影响，使钢的组织结构与晶粒充分细化，或使在一定碳含量时珠光体的数量减少，或通过变形强化诱导有利夹杂沉淀析出，从而提高钢的强度和冲击韧性，降低脆性转变温度，改善焊接性能，以获得具有很好综合性能的优质热轧态钢材。根据轧制中细化晶粒方法的不同，控制轧制可分为再结晶控制轧制法和未再结晶控制轧制法两种，前者是在γ区间使轧制变形和再结晶不断交替发生，让奥氏体晶粒随温度降低而逐步细化，在重结晶后得到细小的铁素体晶粒；而后者则是对某种成分的钢，在γ区内一定温度（难再结晶
的温度）以下轧制，虽经大变形量而再结晶难以发生，使奥氏体晶粒充分细化，直至通过重结晶而转变为铁素体，得到极其细小的晶粒。从而大大提高钢的综合性能。此外，还有双相区控制轧制，是将加热至奥氏体化温度的轧制冷却到两相区，在A1以上的温度继续进行轧制，轧后冷至一定温度进行热处理，以获得所需的组织和性能。
合金钢锭开坯除采用轧制方法以外，有时还采用锻造方法。一般常在钢锭塑性很差、初生脆性晶壳及柱状晶严重时，或者在车间没有较大的开坯机时，采用锻造方法进行开坯。合金钢之所以往往利用锻造开坯，有以下主要原因：
（1）锻造时再结晶过程进行得比较充分。锻造的操作速度一般很慢，全锭锻打一遍需较长的时间，因而有充分的时间进行再结晶恢复过程。由于塑性差的高合金钢再结晶温度往往较高及再结晶速度往往较慢，故这一点对塑性的恢复便非常有利。除此以外，在锻造时还可以多次回炉加热以提高塑性，比轧制时要灵活得多。
（2）锻造时三向压应力状态一般较轧制时要强，这也有利于塑性。还可以采用圆弧形或菱形锤头，像轧制时的孔型一样，以防止自由宽展所形成的锻裂缺陷。
（3）在锻造过程中发现裂纹等缺陷时便于及时铲除掉，而轧制时则不能铲除，只能任其自由发展扩大。此外，锻打时还可连续不断地进行翻钢，使各部分都能受到加工，有利于提高成型质量。
（4）用于锻造的钢锭，其锥度可以大到4.5%以上，亦即钢锭锥度不像轧制所用钢锭一样受到限制。因而为了改进合金钢锭质量便可采用较大的锥度，这对于高合金钢来说尤其重要。
因此，对于低塑性合金钢锭的开坯往往采用锻造的方法。而在钢锭经过开坯以后，组织已较致密，塑性大有提高，一般便可比较顺利地进行轧制。由于锻造生产力低且劳动条件差，故应尽量以轧制来代替。
4、钢材的轧后冷却与精整
如前所述，某种钢在不同的冷却条件下会得到不同的组织结构和性能，因此，轧后冷却制度对钢材组织性能有很大的影响。实际上，轧后冷却过程就是一种利用轧后余热的热处理过程。实际生产中就是经常利用控制轧制和控制冷却的手段来控制钢材所需要的组织性能的。显然，冷却速度或过冷度，对奥氏体转化的温度及转化后的组织会产生显著的影响。随着冷却速度的增加，由奥氏体转变而来的铁素铁一渗碳体混合物也变得愈来愈细，硬度也有所增高，相应地形成细珠光体、极细珠光体及贝氏体等组织。
对于某些塑性和导热性较差的钢种，在冷却过程中容易产生冷却裂纹或白点。白点和冷裂的形成原因并不完全相同，前者的形成虽然是由于钢中内应力（组织应力）的存在，但主要还是由于氢的析出和聚集造成的；而后者却主要是由于钢中内应力的影响。钢的冷却速度愈大，导热性和塑性愈差，内应力也愈大，则愈容易产生裂纹。凡导热性差的钢种，尤其是高合金钢如高速钢、高铬钢、高碳钢等，都特别容易产生冷裂。但如前所述，这些高合金钢却并不易产生白点。
根据产品技术要求和钢种特性，在热轧以后应采用不同的冷却制度。一般在热轧后常用的冷却方式有水冷、空冷、堆冷、缓冷等数种。钢材冷却时不仅要求控制冷却速度，而且要力求冷却均匀，否则容易引起钢材扭曲变形和组织性能不均等缺陷。
钢材在冷却以后还要进行必要的精整，例如，切断、矫直等，以保证正确的形状和尺寸。
钢板的切断多采用冷剪，钢管多用锯切，简单断面的型材多用热剪或热锯，复杂断面多用热锯、冷锯或带异型剪刃的冷剪。钢材矫直多采用辊式矫直机，少数也采用拉力或压力矫直机。各类钢材采用的矫直机型式也各不一样。按照表面质量的要求，某些钢材有时还要进行酸洗、镀层等。按照组织性能的要求，有时还要进行必要的热处理或平整。某些产品按要求还需要进行特殊的精整加工。
5、钢材质量的检查
生产工艺过程和成品质量的检查，对于保证成品质量具有很重要的意义。现代轧钢生产的检查工作可分为熔炼检查、轧钢生产工艺过程的检查及成品质量检查三种。熔炼检查和轧钢过程的检查主要应以生产技术规程为依据，特别应以技术规程中与质量有密切关系的项目作为检查工作的重点。
现代轧机的自动化、高速化和连续化使得有必要和有可能采用最现代化的检测仪器，例如，在带钢连轧机上采用X 射线或γ与β射线对带钢厚度尺寸进行连续测量等。依靠这些连续检测信号和数学模型，对轧机调整乃至轧件温度调整，实现全面的计算机自动控制。
对钢材表面质量的检查要按轧制过程逐工序地进行取样检查。为便于及时发现缺陷，在生产流程线上近代采用超声波探伤器及γ射线探伤器等对轧件进行在线连续检测。
最终成品质量检查的任务是确定成品质量是否符合产品标准和技术要求。检查的内容取决于钢的成分、用途和要求，一般包括化学分析、机械和物理性能检验、工艺试验、低倍组织及显微组织的检验等。产品标准中对这些检查一般都作了规定。