控制轧制使钢材强韧化的实质是，通过调整轧制工艺参数（如加热温度、变形量、终轧温度、轧后冷却等）来控制钢在整个轧制过程中的冶金学过程，最后达到控制钢材组织和性能的目的。
控制轧制提高钢材强度和韧性的三个主要机理。
1）晶粒细化
对于亚共析钢来说，铁素体晶粒越细，钢材的强度越高，韧性也越好，相变前的奥氏体晶粒越小，相变后的铁素体也越小。控制轧制可以通过两种方法使奥氏体晶粒细化：一种是奥氏体加工和再结晶交替进行使晶粒细化；另一种是奥氏体未再结晶区轧制。
降低钢坯加热温度得到较小的原始奥氏体晶粒，加大每一道次的变形量，降低终轧温度，都有利于奥氏体再结晶晶粒的细化。
为了实现在奥氏体未再结晶区轧制，需要提高奥氏体的再结晶温度，当钢中含铌、钒、钛等微量元素时，就具有这样的效果。因这些元素的碳化物和氮化物由奥氏体析出可以明显抑制奥氏体的再结晶，从而有效地提高奥氏体再结晶温度使轧制过程在奥氏体未再结晶区进行。
2）弥散（沉淀）强化
铌、钒、钛是比铁强得多的碳化物或氮化物形成元素，它们的碳化物或氮化物对钢的组织和性能发生强化作用。
碳化物和氮化物在高温时溶解于奥氏体，奥氏体向铁素体转变合析出，对钢直接起弥散（沉淀）强化作用。
3）亚晶强化
奥氏体晶粒的变化，在奥氏体+铁素体两相区轧制时与在奥氏体区再结晶温度下轧制时相同。已相变的铁素体晶粒经轧制产生亚晶粒、位错等使钢强化。在两相区轧制的钢材相变为铁素体晶粒和含有亚晶粒的铁素体晶粒的混合组织，从而使钢的强度和韧性提高。