球化退火是一種熱處理工藝，主要用於鋼中碳化物的球化，以獲得在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物組織。
這種退火工藝通常適用於共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。球化退火的主要目的是降低硬度、提高塑性，改善切削加工性和冷變形工藝性能，並為後續的淬火熱處理做好組織準備。
球化退火的具體工藝是將鋼加熱到Ac1溫度以上約20至30℃，保溫一段時間後，緩慢冷卻至大約500至650℃，然後在空氣中冷卻。這個過程中，珠光體中的滲碳體及過剩碳體都會呈球狀分布。加熱溫度通常為Ac1以上20至30攝氏度，保溫後以每小時不大於50℃的冷速隨爐冷至500至550℃左右，然後在空氣中冷卻。這種處理得到的球狀珠光體組織相比片狀珠光體，具有更低的硬度和更好的塑性和韌性。