熱處理是指材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認識。早在公元前770至前222年，中國人在生產實踐中就已發現，鋼鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農具的重要工藝。常見的鋼材交貨狀態有熱軋、控軋、正火、回火、退火、淬火、調質等。
淬火：加熱到相變點溫度以上后，急劇冷卻的工藝。提高材料的硬度，但降低韌性。
正火：加熱到相變溫度以上后，正常冷卻（空氣中）。
退火：加熱到相變點溫度以上后，緩慢冷卻。消除淬火影響，消除應力，均勻成分。
回火：淬火后，再加熱到某一溫度（低于淬火溫度），保溫，然后冷卻。均勻成分，稍降低硬度，大幅度提高韌性。
一般來說：先要退火、正火；消除原熱處理影響。然后淬火，然后回火。
熱軋【Hot rolling】
熱軋（hot rolling）是相對于冷軋而言的，冷軋是在再結晶溫度以下進行的軋制，而熱軋就是在再結晶溫度以上進行的軋制。簡單來說，一塊鋼坯在加熱后經過幾道軋制，再切邊，矯正成為鋼板，這種叫熱軋。能顯著降低能耗，降低成本。熱軋時金屬塑性高，變形抗力低，大大減少了金屬變形的能量消耗。熱軋能改善金屬及合金的加工工藝性能，即將鑄造狀態的粗大晶粒破碎，顯著裂紋愈合，減少或消除鑄造缺陷，將鑄態組織轉變為變形組織，提高合金的加工性能。
控扎【Controlled】
即控制軋制。也就是在調整鋼的化學成分的基礎上，通過控制加熱溫度，軋制溫度，變形制度等工藝參數，控制奧氏體組織的變化規律和相變產物的組織形態，達到細化組織，提高強度和韌性的目的。
控軋式正火就是控制軋制，控制軋制溫度，壓下量，冷卻速度，以及終軋溫度等措施，使鋼板的性能達到良好的強韌性配比
正火【Normalized 】
正火，又稱常化，是將工件加熱至Ac3或Accm以上30~50℃，保溫一段時間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設備，生產率較高，因此生產中盡可能采用正火來代替退火。
正火的主要應用范圍有：①用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理。②用于中碳鋼，可代替調質處理作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④用于鑄鋼件，可以細化鑄態組織，改善切削加工性能。⑤用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。⑥用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。 ⑦過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球粒化。
正火軋制【Normalize Rolling】
正火軋制的概念是在一定溫度范圍內進行最終變形的一種軋制方法。它能使材料的狀態與補充正火處理的相同，其機械性能的規定值也與充正火的一樣。
為了使正火軋制的鋼有與正火處理相同性能的組織，兩種工藝方法的重要冶金學過程應以類似的方式進行。正火處理時，鋼要加熱到稍高于Ac3轉變點的溫度，在此溫度下短時間停留，然后在靜止空氣中冷卻。所以奧氏體化的鋼是細晶粒的和未硬化的。為了在正火軋制時保持相應的奧氏體狀態，已變形的奧氏體需進行晶粒細化再結晶。為此必須針對要軋制鋼的再結晶特性來確定終軋溫度。正火軋制實際是通過更準確的控溫軋制（含終軋變形量）達到正火的效果，主要是消除帶狀組織（控軋帶狀很明顯）。
退火【Annealing 】
將工件加熱到預定溫度，保溫一定的時間后緩慢冷卻的金屬熱處理工藝。退火的目的在于：①改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件變形、開裂。②軟化工件以便進行切削加工。③細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能。④為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準備。常用的退火工藝有：①完全退火。用以細化中、低碳鋼經鑄造、鍛壓和焊接后出現的力學性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉變為奧氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發生轉變，即可使鋼的組織變細。②球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變為球狀，從而降低了硬度。③等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結構鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉變為托氏體或索氏體，硬度即可降低。④再結晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。⑤石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右 ，保溫一定時間后適當冷卻 ，使滲碳體分解形成團絮狀石墨。⑥擴散退火。用以使合金鑄件化學成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發生熔化的前提下 ，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。⑦去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內應力。
回火【Tempered 】
又稱配火。金屬熱處理工藝的一種。將經過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質中冷卻的金屬熱處理。或將淬火后的合金工件加熱到適當溫度，保溫若干時間，然后緩慢或快速冷卻。一般用以減低或消除淬火鋼件中的內應力，或降低其硬度和強度，以提高其延性或韌性。根據不同的要求可采用低溫回火、中溫回火或高溫回火。通常隨著回火溫度的升高，硬度和強度降低，延性或韌性逐漸增高。
鋼鐵工件在淬火后具有以下特點：①得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩定）組織。②存在較大內應力。③力學性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經過回火。
回火的作用在于：①提高組織穩定性，使工件在使用過程中不再發生組織轉變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩定。②消除內應力，以便改善工件的使用性能并穩定工件幾何尺寸。③調整鋼鐵的力學性能以滿足使用要求。
淬火【Quenched】
淬火(行業內，淬讀"zhàn"音），鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。
淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。淬火能使鋼強化的根本原因是相變，即奧氏體組織通過相變而成為馬氏體組織（或貝氏體組織）。
調質【Quenched+Tempered】
一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理。調質處理廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調質處理后得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩定性和工件截面尺寸有關，一般在HB200—350之間。
TMCP【控扎-控冷】
控制軋制是在熱軋過程中通過對金屬加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使熱塑性變形與固態相變結合，以獲得細小晶粒組織，使鋼材具有優異的綜合力學性能的軋制新工藝。對低碳鋼、低合金鋼來說，采用控制軋制工藝主要是通過控制軋制工藝參數，細化變形奧氏體晶粒，經過奧氏體向鐵素體和珠光體的相變，形成細化的鐵素晶粒和較為細小的珠光體球團，從而達到提高鋼的強度、韌性和焊接性能的目的。
控制冷卻是控制軋制之后鋼材的冷卻速度達到改善鋼材組織和性能的目的。由于熱軋變形的作用，促使變形奧氏體向鐵素體轉變溫度的提高，相變后的鐵素體晶粒容易長大，造成力學性能降低，為了細化鐵素體晶粒，減小珠光體片層間距，阻止碳化物在高溫下析出，以提高析出強化效果而采用的控制冷卻工藝。控制軋制和控制冷卻相結合能將熱軋鋼材的兩種強化效果相加，進一步提高鋼材的強韌性和獲得合理的綜合力學性能。
