一、退火
在前面描述冷拔加工材料的軟化並重新獲得塑性的熱處理方法時，就已使用退火這個詞，該詞具有相似的意義。完全退火的目的是降低硬度、增加塑性，有時也提高高碳鋼的切削性能，否則這種鋼很難加工。這種熱處理方法也用來減少應力，細化晶粒，提高整個材料的結構均勻性。
退火不總是能提高切削加工性，切削加工性一詞用來描述幾個相關因素，包括材料切削時獲得好的光潔度(即較小的表面粗糙度——譯者)的能力。當完全退火時，普通低碳鋼硬度較低，強度較小，對切削的阻力較小，但通常由於塑性和韌性太大以至切屑離開工件表面時會劃傷表面，工件表面質量比較差，導致較差的切削加工性。對這類鋼，退火可能不是最合適的處理方法。許多高碳鋼和大多數合金鋼的切削加工性通常可經退火大大改善，因為除在最軟條件下，它們的硬度和強度太高而不宜加工。
亞共析剛的退火方法是將鋼緩慢加熱到線以上大約，保温一段時間，使整個材料温度相同，形成均勻奧氏體，然後隨爐或埋在石灰或其它絕緣材料中緩慢冷卻。要析出粗大鐵素體和珠光體，使鋼處於最軟、最韌和應變最小的狀態，必須緩慢冷卻。
二、正火
正火的目的多少類似於退火，但鋼不是最軟狀態且珠光體是細勻而不粗大。鋼的正火能細化晶粒，釋放內應力，改善結構均勻性同時恢復一些塑性，得到高的韌性。這種方法經常用來改進切削加工性，減少應力，減少因部分切削加工或時效產生的變形。
正火方法是將亞析鋼或過共析鋼分別緩慢加熱到ac3線或accm線上約，保温一段時間以便形成奧氏體，並在靜止空氣中緩冷。要注意，含碳量超過共析成分的鋼要加熱到accm線以上，而不是退火時的ac1線以上。正火的目的是在奧氏體化過程中試圖溶解所有滲碳體，從而儘可能減少晶界上的硬脆鐵碳化合物，而得到小晶粒的細珠光體、最小自由鐵素體和自由滲碳體。
三、球化退火
通過球化退火可使鋼得到最小的硬度和最大的塑性，它可使鐵碳化合物以小球狀分佈在鐵素體基體上。為了使小顆粒球化更容易，通常對正火鋼進行球化退火。球化退火可用幾種不同的方法，但所有方法都需要在a1線温度附近(通常略低)保温很長時間，使鐵碳化合物形成更穩定，能級較低的小圓球。
球化退火方法的主要目的是改進高碳鋼的切削加工性，並對淬硬鋼進行預處理，使其淬火後結構更均勻。因為熱處理時間長，因此成本高，球化退火不如退火或正火常用。
四、鋼的硬化
鋼的大多數熱處理硬化方法是基於產生高比例的馬氏體。因此，第一步用的似乎大多數其他熱處理常用的方法——產生奧氏體。亞共析鋼加熱到ac1線温度以上大約，進行保温，使温度均布，奧氏體均勻。過共析鋼ac1線温度以上大約時保温，鋼中仍殘留部分鐵碳化合物。
第二步是快速冷卻，力圖避免在等温曲線鼻部產生珠光體轉變。冷卻速度取決於温度和淬火時淬火介質從鋼表面帶走熱量的能力以及鋼本身傳熱的能力。表11-1是一些常用介質和冷卻方法，按冷卻能力降低的順序排列。
高的温度梯度產生高應力，會引起變形和開裂，所以淬火只有在非常需要產生特定結構時才使用。淬火時必須小心，使熱量均勻擴散以減少熱應力。比如，一根細長棒需端部淬火，即將它垂直插進冷卻介質中，這樣整個截面同時產生温度變化。如果這種形狀的工件的某一邊比另一邊早降温，尺寸變化很可能引起很高的應力，產生塑性流動和永久變形。
用幾種特殊的淬火方法可減小淬火應力，減小變形開裂傾向。一中稱為分級淬火，其方法是：將奧氏體鋼放入温度高於馬氏體轉變起始温度(ms)的鹽浴中，放置一定的時間直到温度均勻，在開始形成貝氏體之前取出，然後放在空氣中冷卻，產生與從高温開始淬火時同樣硬的馬氏體，而導致開裂和翹曲的高的熱應力或淬火應力已經被消除。
在略高一點温度下的類似方法稱為等温淬火，這時，將(奧氏體)鋼放在鹽浴中，保持很長時間，等温處理的結果是形成貝氏體。貝氏體結構不如在同樣成分時形成的馬氏體硬，但除了減少鋼在正常淬火時受到的熱衝擊外，不必要進一步處理，就可獲得在高硬度時好的衝擊韌性。
五、回火
調整淬硬鋼以便使用的第三步通常是回火。除了等温淬火鋼通常在淬火狀態下使用外，大多數鋼都不能在淬火狀態下使用。為產生馬氏體而採取的激冷使鋼很硬，產生宏觀內應力和微觀內應力，使材料塑性很低，脆性極大。為減少這種危害，可通過將鋼再加熱到a1線(低温轉變)以下某一温度。淬火鋼回火時產生的結構變化是時間和温度的函數，其中温度是最重要的。必須要強調，回火不是硬化方法，而是剛好相反。回火鋼是將經熱處理硬化的鋼，通過回火時的再加熱，來釋放應力、軟化和提高塑性。
回火引起的結構變化和性能改變取決於鋼重新加熱的温度。温度越高，效果越大，所以温度的選擇通常取決於犧牲硬度和強度換取塑性和韌性的程度。重新加熱到以下，對淬火普碳鋼影響不大，在到之間，結構會發生某些變化，在以上，結構和性能顯著變化。在緊靠着a1温度以下的長時間加熱會產生與球化退火過程類似的球化結構。
在工業上，通常要避免在到範圍內回火，因為這個範圍內回火的鋼經常會產生無法解釋的脆性或塑性喪失現象。一些合金鋼在到範圍內，也會產生“回火脆性”，特別是從(或通過)這個温度範圍緩慢冷卻時會出現。當這些鋼必須高温回火時，它們通常加熱到以上並快速冷卻。當然，從這個温度快冷不會產生硬化，因為沒有進行奧氏體化。