正常淬火后的高速鋼回火時，在保溫階段（400℃以下），馬氏體的變化與碳鋼和一般合金鋼相同。從室溫至270℃，首先自馬氏體中析出相，溫度增至400℃，相轉變并進行聚集，相應地淬火高速鋼的硬度有些下降；由于析出的滲碳體的聚集和大部分淬火應力的消除，強度和塑性增加。

       淬火高速鋼中的殘余奧氏體在回火溫度不超過500℃時，無論在加熱或在冷卻的過程中，殘余奧氏體都不發生轉變。當回火溫度升至500-600℃吋，高速鋼中的殘余奧氏體發生催化作用，使大部分殘余奧氏體在冷卻到室溫的過程中轉變為馬氏體，這種現象稱為二次淬火。殘余奧氏體向馬氏體轉變的開始點在500-600℃范圍內，回火溫度越接近上限，時間越久，點越高。關于高速鋼回火時殘余奧氏體的催化，可以認為是由于自奧氏體中析出了碳化物使之貧化，從而提高了鍛件殘余奧氏體的馬氏體轉變點。也有人認為在生成馬氏體時，使殘余奧氏體中產生相應的加工硬化，引起了奧氏體的穩定化，回火時殘余奧氏體的催化過程是由于加工硬化的去除而引起的。回火時殘余奧氏體的轉變可以稍增加高速鋼的硬度，但不是產生二次硬化的主要原因。經過冷處理后，殘余奧氏體量已不多，但回火至550-570℃時，同樣產生二次硬化。

       在525-575℃范圍內進行一次回火，不能使所有的殘余奧氏體轉變成馬氏體，回火等溫時間的最初60-80min能使大部分殘余奧氏體轉變。一次回火只對淬火馬氏體起回火作用，但在冷卻過程中，在低溫形成的二次馬氏體以及與其形成有關的內應力則尚未消除。在第二次回火時，二次馬氏體被回火，工具的脆性也可以消除。如果第一次回火還不足以使全部殘余奧氏體轉變，則二次回火將起很大的作用，這樣，在室溫下，鋼將重新含有一定數量的未回火馬氏體，因此，還要進行第三次，甚至第四次回火。由于多次回火可以較完全地消除殘余奧氏體及殘余奧氏體轉變為馬氏體時產生的應力，因而使高速鋼的強度提高，并改善其導熱性。

       在回火冷卻過程中，如果在250-200℃范圍內停留或緩慢冷卻，會因穩定化的作用使冷卻后的殘余奧氏體量增加，例如W6Mo5Cr4V2鋼的淬火試樣，回火后在水或油中冷卻的殘余奧氏體量為7%，在空氣或爐中冷卻相應為12%或22%。一般回火后采用在空氣中冷卻，因此，工具尺寸大小會影響殘余奧氏體的轉變程度。

       需要指出的是，高速鋼每次回火后，必須冷至室溫才能進行下一次回火。否則鋼中的殘余奧氏體趨于穩定，不易轉變，將產生回火不足的現象，使精密工具在以后使用中發生尺寸變化。對于大型復雜刀具，為避免回火過程中發生畸變和開裂，有時還需要采取預熱和低溫入爐、緩慢升溫等措施。

       普通高速鋼的回火溫度一般在560℃左右，鍛件經過多次回火后，使鋼中的殘余奧氏體低于5%。在生產實踐中，一般釆用三次回火，每次回火的時間：在硝鹽爐中為60-75mim在空氣爐中回火需在熱透后保60min。

回火后鋼的硬度一般為HRC63-65。提高回火溫度至580-600℃時，硬度和耐磨性降低，強度沒有什么提高，而沖擊韌性略有提高。回火溫度低于550℃，則回火不充分。一些鉬高速鋼的回火溫度可以低一些（550℃)。

       一些特殊用途高速鋼的回火，可以在更高溫度（570-580℃) 下進行，使回火充分進行，硬度達到HRC65-66。M41鋼自1205℃淬火和565℃回火三次（每次2h）,可達到硬度HRC69。M42鋼自1210℃淬火后520℃四次回火（每次l-2h)，硬度可達到HRC69-70。這是由于殘余奧氏體轉變引起的硬化峰與析出引起的硬化峰幾乎一致，這種雙重影響使鋼達到如此高的硬度。但極高的硬度使鋼的強度和韌性不足，故實際使用時只處理到HRC68左右。