将过共析钢加热到Accm温度以上并适当保温后空冷，以得到细片状珠光体组织，然后再进行一次球化退火或等温球化退火或往复球化退火，称为正火球化退火。此工艺常用于锻造组织中珠光体片层较厚、网状碳化物较为严重、球化较难的钢种(如T12A)和轴承钢的快速球化退火等。耐回火性高的轴承钢和退火过热返修的工件尤其适用。

常规球化退火工艺加热温度较低，很难改善组织不均匀和碳化物的形态、分布，尤其是大尺寸的模块。在常规热处理前增加一次正火处理,可降低钢中未溶碳化物的数量，细化奥氏体晶粒，降低碳化物分布的不均匀性，提高强度和韧性。热作模具钢模块( φ900mm x 1000mm)锻后高温正火+球化退火工艺曲线。在1020度正火时，球化率可达95%以上，偏析基本消除。