物質原子從不太規則排列的液態轉化為有規則排列的固態，這個過程就是結晶，也稱凝固。

鋼液結晶需要兩個條件：一是熱力學條件，一是動力學條件，兩者缺一不可。

A熱力學條件

金屬處在熔化溫度時，液相與固相處于平衡狀態；排出或供給熱量，平衡向不同的方向移動；當排出熱量時，液相金屬轉變為固相金屬。

鋼是合金，鋼液的冷凝過程是非平衡過程：鋼液在快速冷卻至理論結晶溫度以下一定程度時，才開始結晶。由此可見，實際結晶溫度比理論結晶溫度要低，兩者之差稱為“過冷度”。鋼液只有處于過冷態下才可能結晶，具有一定的過冷度是鋼液結晶的熱力學條件。

B動力學條件

鋼液必須在過冷條件下才能結晶，其過程為形成核心和晶核長大。

鋼是合金，鋼液中懸浮著許多高熔點的固相質點，是自然的結晶核心，這屬于異質形核(即非均質形核)。所以，鋼液在過冷度很小的情況下，就可以形成晶核開始結晶。

鋼液形成核心后即迅速長大，晶核開始生長時具有與金屬晶體結構相同的規則外形；隨后，由于排出的熱量不均衡，使晶體向著排出熱量最快的方向優先生長，于是便形成了樹枝狀晶體。

我們希望鋼液在結晶過程中形成細晶粒組織，這就要求對形成核心的數量與晶核長大速度加以控制。增大過冷度，形成核心數量的增加很快，而晶核長大的速度增加較慢；由此可知，增大過冷度可形成細晶粒組織。可見，過冷度的大小是影響晶粒度的因素。此外通過人為加入異質晶核的辦法，鋼也可以得到細晶粒組織。