回火一般是热处理的后一道工序。山西锻件回火的目的如下：

1.消除或降低淬火、正火冷却过程中产生的内应力；

2.获得稳定的回火组织，达到所要求的硬度等机械性能技术指标；

3.进一步去除锻件内的氢气或使其分布更为合理；

4.如前所述进一步完成冷却过程中的心部组织转变。

对于一般焊接件、铸铁（钢）件、以及被校直的零件，由于焊接、铸造及机械加工和零件矫形后，均存在着较大的内应力。为了消除这些零、部件的内应力，达到稳定形状和几何尺寸的目的，往往也要进行高温同火处理。有些工厂将这类零部件的回火称为人工时效处理，有时也称为低温退火。

为了满足大锻件不同的硬度等机械性能要求，淬火后需要选用不同的温度回火。如要求HS90以上的髙硬冷轧工作辊，表面淬火后应进行低温回火（130~140℃）。要求HS45~69和HS70~85的冷轧辊，水淬或油淬后，很多是进行中温回火（300~500℃）。一般结构钢大锻件淬火或正火后应进行达700℃的高温回火，以达到高的综合机械性能。

回火时的组织转变。低碳钢淬火后得到的马氏体叫板条状马氏体。当碳含于0.2%后,马氏体的晶格才具有长方性。马氏体内的位错密度很高，其密度与严重冷变形后的铁相似。由于低碳钢的马氏体点较高，淬火时马氏体中碳原子在冷却过程中富集于位错处。高碳钢和一些铁基合金，其马氏体点较低，淬火后得片状马氏体，它由很细的间距的双晶所组成，马氏体片周围有复杂的位错排列。

中碳钢淬火后形成上述二种马氏体的混合物。回火过程中随着温度的升高相继产生马氏体的分解，残余奥氏体的转变，α相的回复和再结晶以及碳化物的球化和长大等转变过程。

高硬冷轧工作辊为了保证具有高的硬度，必须在低于150℃温度下进行回火。这时马氏体产生两相分解，形成含碳较低的马氏体，即回火马氏体。这时α固溶体仍具有长方性，析出的碳化物与母相（α固溶体）共格,从而产生较大的弹性晶格扭曲。当碳钢在150~300℃下回火时，产生马氏体分解的第二阶段，碳从固溶体中逐渐析出，使固溶体中的碳免继续下降，与此同时还进行细的碳化物溶解与大的碳化物长大的过程。碳的析出起初很快，然后随着时间的延长逐渐减慢，而对于一定回火温度仍有一定量的碳存在于固溶体中。碳化物与母相仍保持着共格关系，但晶格扭曲比二相分解时要小些。

很多冷轧辊是进行300~500℃的中温回火。这时，马氏体的分解已基本完成，固溶体和碳化物的共格关系已经破坏，固溶体产生回复，碳化物的长大更为显著，形成所谓回火托氏体。

大部分大锻件是进行500~700℃的高温回火。这时，α固溶体进行充分的回复和再结晶，碳化物显著地长大和聚集，形成所谓回火索氏体。

伴随着这些回火转变过程的进行，淬火钢的硬度也产生变化。低温回火后，硬度降低较少，高温回火后硬度降低则非常显著。

大多数合金元素能够提离钢的回火抗力，即在相同的回火工艺之下，碳含量相同的合金钢比碳钢具有高的强度和硬度。