用于制造鍋爐及汽輪機蒸氣參數達510℃的主汽管，管壁溫度達540℃的過熱器管和相應的鍛件；也適用于制造彈性元件。調質處理適用于較大動載荷，尤其是復合應力（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、沖擊、疲勞）下工作的工件。例如，軸類、連桿、螺栓等。它們通常要求強度及韌性的良好匹配，較小的脆斷破壞傾向和較大的承受超載（特別是沖擊載荷）能力。某些調質件還要求較高的耐磨性、耐蝕性、抗咬合性能。因此，在調質處理后還應進行適當的化學熱處理。常用鋼材的調質處理工藝規程如表3-5所示。對于具有第二類脆性的鋼材，回火后應快速（水或油）冷卻。
中碳結構鋼經調質處理后，其力學性能為：
σb=588~1176MPa；σs=343~980MPa;
σs/σb=50%~60%；σ-1 =343~588MPa;
δ=10%~20%；Ψ=40%~50%；
ak=49~147J/cm2；HB=170~320。
高溫回火常在500～650℃區間進行，多應用于結構鋼制造的工件。其目的主要是在降低強度、硬度及耐磨性的情況下大幅度提高塑性及韌性，以便得到良好的綜合力學性能。含Cr、Mo、W、V、Ti等元素較多的合金鋼（結構鋼及工具鋼）在高溫回火過程常因析出彌散分布的特殊碳化物而產生二次硬化現象，而使硬度略有升高。
淬透性較大或截面較小的工件，正火后硬度可能偏高而塑性偏低，也需進行高溫回火以改善之。大鍛件在淬火或正火后，常以高溫回火去除內應力并改善組織和性能。常用鋼的高溫回火溫度與硬度的對應關系如表3-3所示。
某些高合金結構鋼的高溫回火溫度可能遠高于650℃。例如，制作內燃機排氣閥的4Cr9Si2鋼淬火溫度1030～1050℃，回火680～710℃；4Cr10Si2Mo鋼，則常用1100℃油淬，而后840～860℃回火(4h)。
當碳鋼中含P、Sn、As等元素較多，或合金結構鋼中含有Cr、Mn、Ni（與Mn或Cr共存時）等元素時，高溫回火（尤其是500～600℃間）易出現較嚴重的第二類回火脆性，應在回火后采用快速冷（水或油）以避免之。第二類回火脆性敏感性較小的鋼種（含有適量的鉬），高溫回火后可以緩（空）冷。
資料通過計算，建立起了45鋼回火后的性能與回火溫度之間的數學表達式：
HRC=75.46-0.096t
σb =2263. 8-2. 65t
δ5=-11.39+0.066t
式中 HRC-洛氏硬度數；
σb-抗拉強度，MPa;
δ5-伸長率；
t-回火溫度，℃，t在200～700℃范圍內。
應用上式，可對45鋼的回火后的性能進行預測，方法簡單且精確。
影響調質處理質量最重要的因素是鋼的淬透性。工件在淬火后如果得到單一馬氏體或馬氏體及下貝氏體組織時，高溫回火后便可得到均勻的回火索氏體組織，并能保證良好的綜合力學性能。但如因淬透性過小而淬火組織中含有鐵素體或珠光體時，疲勞強度及屈服點將明顯下降。采用適當的合金化以及采用鍛熱淬火工藝等，都是提高淬透性的有力措施。