钢材轧制后的在线热处理，一般分以下三步：

　　第一，淬火阶段：由布置在最后机架的水冷系统组成。合理有效的水冷设备可以使轧件在此处得以强烈冷却，在轧件表面，其冷却值超过马氏体临界值，因而可以在表面形成马氏体结构。

　　第二，回火阶段：此时轧件经过水冷系统后暴露在空气中，心部的热量会传到表层，对表面进行回火，即所谓的自回火。

　　第三，最后冷却：此阶段发生在后面，主要是心部的奥氏体进行等温相变，获得最终的金相组织状态。

　　根据钢牌号和最终用户的要求，在线热处理可按下列工序进行：

　　——自然空冷。

　　——绝热罩下慢冷，模拟球化退火。

　　——在绝热箱内缓冷，模拟退火。

　　——借助风扇快冷，模拟正火或铅浴淬火。

　　——轧制结束时表面淬火。这种处理主要用于奥氏体不锈钢。

　　3.2 金相组织分析

　　3.2.1自然冷却时的金相组织变化

　　由上面的介绍可以清楚地看出，自然冷却与在线水处理，其冷却速度及金相组织是不同的，图3为在自然冷却与水冷系统中轧件的冷却曲线。

　　在自然冷却状态下，轧件的冷却速度大约在5℃/分～300℃/分，此冷却速度在珠光体相变范围内，因此，最终生成的金相组织为珠光体及铁素体组织。图4为自然冷却下轧件的金相组织结构。

　　3.2.2 水冷处理的钢材金相组织

　　(1)淬火阶段的金相变化

　　在淬火阶段，轧件温度变化见图3，可以看出，轧件的心部及表面冷却速度是不一样的，表面的冷却速度要比心部快得多，表面大约在几秒之内便由轧制温度的950℃左右冷却到200℃左右，因此表面高温的奥氏体经过此强冷后，将转变为马氏体组织，而此时心部温度保持在高温区，其结构仍是奥氏体组织。

　　(2)回火阶段的组织变化

　　回火过程即为自回火，主要是心部保持的高温与表层低温的相互传导，心部的热量在较短的时间内传到表层，与表层的温度最终达到一致，图3中P点即为回火后轧件的温度，此时温度可达600℃左右。经过淬火阶段形成的马氏体组织是不稳定的，有自发转变为铁素体和渗碳体平衡组织的倾向。由于轧件自身的心部热量回火，可以使这种转变容易进行。在200℃左右回火，高碳钢有碳化物析出，其中主要是马氏体组织;中碳钢回火仍保持淬火时形成的板条和片状马氏体形态;而对低碳钢淬火后将获得板条状马氏体组织，经过回火后，只有碳原子的偏聚，而没有任何碳化物析出，其形态是保持不变的，因此回火后得到的回火马氏体仍为板条状结构。在此阶段中，由于最终的温度已达600℃左右，已低于奥氏体相变温度，因此，心部的奥氏体组织变为铁素体和珠光体组织。

　　(3)最终冷却阶段的金相组织

　　最终冷却阶段是由600℃缓冷至室温状态下，此时的金相组织无任何变化。由于回火阶段心部冷却速度较快，大约在400℃/min左右，因此形成的心部珠光体结构，其晶粒是非常细小的。因此，经过水冷的轧件，最终组织结构表面为回火马氏体;心部为铁素体及珠光体组织。此外，轧件规格不同，其冷却后的金相组织也稍有不同。对于小规格的产品，其结果如前所述，而对于较大规格的轧件，主要是由于表层与心部的过渡区较大，而在此过渡区的过冷温度是在贝氏体相变区域内，因此，过渡层中的结构是马氏体、贝氏体与珠光体的混合结构形态。

　　3.3 机械性能比较

　　对于自然冷却与经过在线水处理的轧件，由于内部金相组织变化不同，其机械性能是不同的(表2)。

　　由表2可见，通过水冷获得的轧件机械性能，其屈服强度比自然冷却提高25%～50%，抗拉强度提高12%～30%。由于表面的马氏体组织，使硬度相应增加，同时由于心部的珠光体、铁素体组织，又不会使其脆性增大。

　　在线热机械处理是一个十分有效的方法，通过它可以改善轧件的内部组织结构，从而获得较好的机械强度。轧件的在线热处理，可以通过淬火形成表层的马氏体组织，又通过心部热量外传，对表层马氏体自回火，使表层得到回火马氏体组织。而心部由于表层的冷却，致使温降较大，从而细化了生成的珠光体组织。这不仅加强了表层的硬度，而且使心部组织也得以改善。因此，能够经济地获得高性能的钢材。