空冷是冶金工程中通过空气介质实现金属材料冷却的关键工艺，2019年被正式审定收录为冶金学名词。该技术通过控制冷却速度影响铁素体晶粒尺寸、珠光体含量等显微组织参数，在控制轧制工艺中与加速冷却形成协同效应。现代冶金实践中，空冷既作为基础冷却方式应用于低碳钢处理，也可通过添加合金元素（如钨）实现空冷淬火效果。其组织演变规律直接影响钢材的强韧性匹配和断裂性能，典型案例包括9SiCr钢碳化物球化工艺中空冷工序的应用。

空冷本质是通过空气自然对流实现金属材料冷却速率控制的热处理工艺。在控制轧制体系中，空冷常作为加速冷却后的补充工艺，铁素体晶粒尺寸与空冷速度呈负相关。其冷却速率介于炉冷与水淬之间，具体受工件尺寸和环境温度影响。

在含碳量0.05%的低碳钢中，空冷处理可降低晶粒边界渗碳体薄膜的形成趋势，同时细化铁素体晶粒尺寸并增加珠光体颗粒含量。相较于水淬火工艺，空冷或炉冷处理能降低晶粒边界渗碳体薄膜的形成趋势，从而影响钢材性能。2025年研究表明，9SiCr钢经1050℃固溶后采用680℃空冷工艺，碳化物球化率达到92%。

锰元素（含量0.5-1.5%时）可抑制空冷过程渗碳体沿晶界连续析出，使珠光体颗粒直径控制在1-3μm。钨元素含量超过5%时（如1863年Mushet实验），可使高碳钢在空冷条件下获得与水淬相当的硬度（HRC58-62）。铌、钛等微合金元素通过碳氮化物析出强化，可补偿空冷铁素体晶粒长大带来的强度损失。

标准空冷工艺要求终轧温度控制在Ar3相变点以上30-50℃，以获得均匀的铁素体-珠光体组织。在12mm厚钢板生产中，空冷速率对屈服强度和脆性转变温度的影响机制与显微组织演变相关。2023年研究证实，空冷时间超过临界值（通常为20-30分钟）将导致铁素体晶粒尺寸突破控制目标。

1863年冶金学家Mushet首次发现钨元素对空冷淬火效果的增强作用，奠定合金化空冷技术基础。2019年全国科学技术名词审定委员会9SiCr钢空冷工艺参数已实现碳化物球化率突破90%。

在连铸工艺中，空冷属于二次冷却区关键工序，直接影响铸坯表面质量。汽车板生产中采用三段式空冷工艺（快冷+缓冷+终冷），可将成形极限提升8%-12%。2025年公开的专利数据显示，优化空冷路径可使轴承钢碳化物呈现细小、圆整且分布均匀的状态。