球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火，它不同于普通的退火处理在于：得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。有的客户需要对钢板的硬度做一定的处理，便于以后的加工处理，就需要球化退火，主要用于共析钢和过共析钢，以获得类似粒状珠光体的球化组织(因不—定是共析成分，故称为球化组织)，从而降低硬度，改善切削加工性能，并为淬火做组织准备。球化组织不仅比片状组织有更好的塑性和韧性，而且硬度稍低。在切削加工具有球化组织的工件时，刀具可以避免切割硬而脆的渗碳体，而在软的铁素体中通过，因而延长了刀具的使用寿命，提高了钢的切削加工性
球化退火（Spheroidizing annealing）：球化退火是使钢中碳化物（渗碳体Fe3C）球化而进行的退火工艺。
将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、铸造后空冷，所得安排是片层状珠光体与网状渗碳体，这种安排硬而脆，不仅难以切削加工，且在今后淬火过程中也简单变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体安排，其间的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体比较，不但硬度低，便于切削加工，并且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。别的对于一些需求改进冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。
球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少数过剩碳化物溶解。因而，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才干保证球化退火正常进行
球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是一般球化退火和等温球化退火。一般球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时刻，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与一般球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时刻为其加热保温时刻的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和一般球化退火比较，等温球化退火不仅可缩短周期，并且可使球化安排均匀，并能严格地操控退火后的硬度。
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要意图在于降低硬度，改进切削加工性，并为今后淬火作好预备。 这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能进步机械韧性。尤其对于轴承钢、工具钢等钢种而言，如在淬火前施行球化退火，即可取得下列作用：
轴承钢：淬火作用均一；减少淬火变形；进步淬火硬度；改进工件切削功能；进步耐磨性和抗点蚀性等轴承的功能。
工具钢：淬火作用均一；抑制淬裂、淬弯等现象；进步耐磨性、刀刃锋利程度及使用寿命。
根据钢种和退火意图，球化退火可分以下几种：
(1)一般球化退火，即将钢加热到730～740℃保温足够时刻，然后以小于20℃/h的速度缓冷到650℃出炉。这种退火工艺适用于共析成分邻近的碳素工具钢。
(2)周期球化退火，也叫循环退火。它是在A点邻近的温度重复进行加热和冷却，一般进行3～4个周期，使片状珠光体在几回溶解一析出的重复过程中，碳化物得以球化。该工艺生产周期较长，操作不方便，难以操控，适用于片状珠光体比较严重的钢。
(3)等温球化退火。一般加热到800±10℃，保温后快冷到700±10℃(A1邻近)再进行较长时刻保温，之后，以30～50℃/h的速度冷却到600℃出炉。一般轴承钢多采用此工艺。
(4)变形-球化退火。将塑性变形与球化退火工艺结合在一起，因为塑性变形的作用，钢内位错密度和畸变能添加，促进片状碳化物在退火时加速溶断和球化，从而加快球化速度，缩短球化退火时刻。
根据变形制度的不同，又可分为：
(1)将钢材加热到Acm和Ac1，之间的温度进行塑性变形，然后冷却到稍低于Ac1，温度进行球化退火；
(2)钢材在高温终轧后快冷到一定温度后直接进行等温处理的球化退火；
(3)钢材冷变形后加热到稍低于Ac1，温度而进行的球化退火。
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