球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫一段時刻，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻散布的球狀或顆粒狀碳化物的安排。

　　球化退火首要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經軋制、鍛造后空冷，所得安排是片層狀珠光體與網狀滲碳體，這種安排硬而脆，不只難以切削加工，且在以后淬火過程中也簡單變形和開裂。而經球化退火得到的是球狀珠光體安排，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散散布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不光硬度低，便于切削加工，并且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外關于一些需要改善冷塑性變形(如沖壓、冷鐓等)的亞共析鋼有時也可采用球化退火。

　　球化退火加熱溫度為Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉變成奧氏體，及少量過剩碳化物溶解。因而，它不或許消除網狀碳化物，如過共析鋼有網狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火，將其消除，才能確保球化退火正常進行。

　　球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是一般球化退火和等溫球化退火。一般球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫恰當時刻，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與一般球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫，等溫時刻為其加熱保溫時刻的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和一般球化退火相比，球化退火不只可縮短周期，并且可使球化安排均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。