在金屬材料的熱處理領域，使鋼中的碳化物球狀化的退火方法稱為球化退火。
一、球化退火的目的
1、降低硬度，改善切削加工性能。鋼經球化退火后，形成的球狀碳化物具有比片狀碳化物低的硬度，有利于改善切削加工性能。
2、細化組織，為淬火做好組織準備。在淬火加熱過程中，由于球狀碳化物比片狀碳化物較難溶于奧氏體，因而可以阻止晶粒長大，減少和防止鋼的過熱。球化退火后得到的組織均勻，有利于減少淬火畸變和開裂傾向。
3、提高淬火工件的耐磨性。由于球狀碳化物在工件淬火后被完全保留下來，且均勻地分布在馬氏體基體上，這些細而硬的小顆粒可以有效地提高工件的耐磨性。
二、球化退火工藝有普通球化退火、等溫球化退火和周期球化退火等。
1)普通球化退火
①加熱溫度。加熱溫度為Ac1+10~20℃。加熱溫度過高，溶入奧氏體中的碳化物太多，則會降低球化的成核率，容易形成片狀珠光體。如果加熱溫度過低，則珠光體中的片狀碳化物溶解不夠，部分片狀碳化物可能因未溶解而保留下來，可能得到細粒狀與片狀混合的珠光體組織。
②保溫時間。其時間長短與零件有效厚度、工件的排列方式和裝爐量大小等因素有關。由于球化退火的溫度比完全退火低，故球化退火的保溫時間應比完全退火稍長些。
③冷卻。工件保溫后以20~ 40℃/h的速度冷卻至500℃以下出爐空冷。冷卻速度影響著退火組織中碳化物顆粒的大小和分布的均勻性。在同一退火溫度下，增大冷卻速度，因碳化物來不及聚集和長大，而得到細小而彌散度較大的組織，使硬度偏高，不利于切削加工。冷卻速度過小，碳化物容易聚集成較大的顆粒。通常，球化退火保溫后，直接緩慢冷卻的冷卻速度應比普通退火慢些。這種退火方法球化較充分，但生產周期長。適用于截面大的工件及裝爐量大的情況。
2)等溫球化退火。其加熱溫度為Ac1+20~30℃，保溫后冷卻到Ar1-20~30℃，等溫一段時間（等溫時間取決于等溫轉變曲線及工件截面尺寸大小），然后隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷。這種方法退火后的組織比較均勻，且易于控制，生產周期較短。
3)周期球化退火。它是將鋼在Ac1+10~20℃加熱，保溫后在Ar1-20~30℃等溫一段時間，如此反復進行多次等溫球化退火，然后隨爐冷至500℃以下出爐空冷。這種方法得到的球狀碳化物不夠均勻，且操作較麻煩，生產中應用較少，主要用于原始組織為粗片狀珠光體的情況。
球化退火適用于共析鋼或過共析鋼件的退火，如工具、模具、軸承等。