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20cr厚壁钢管缓慢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(共析钢或过共析钢)以上30～50℃，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体(或者还有先共析的铁素体或渗碳体)转变为奥氏体(第一回相变重结晶)以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。
退火温度在Ac3以上(亚共析钢)使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 (亚共析钢)或Ac1与Acm之间(过共析钢)，使钢发生部分的重结晶者，称为不完全退火。
前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷(如魏氏组织、带状组织等)，使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件。此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高;若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。此时可用不完全退火代替完全退火，使珠光体发生重结晶，晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力，改善被切削性。此外，退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火，也是不完全退火。
重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变，低温为 α相(密排六方结构)，高温为 β相(体心立方结构)，其中间是“α+β”两相区，即相变温度区间。为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒;然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。
