自由锻造钢在淬火条件下具有以下三个关键性能。
（1）结构特征
根据钢材尺寸、加热温度、时间、相变特性和冷却方式，淬火钢组织必然由马氏体或马氏体+残余奥氏体组成，此外，可能还含有少量未溶解的碳化物。马氏体和残余奥氏体在室温下均处于亚稳态，它们倾向于转变为稳定的铁基体+渗碳体组织。
（2）硬度特性
碳原子引起的晶格畸变体现在硬度上，硬度随过饱和度或碳含量的增加而增大。淬火组织具有硬度高、强度高、塑性好、韧性低的特点。
（3）应力特征
包括微观应力和宏观应力。前者与碳原子引起的晶格畸变有关，尤其是在高碳马氏体中，其值会非常大，这是由于淬火马氏体处于拉应力状态所致；后者是由于淬火过程中横截面上形成的温差，导致工件表面或中心应力状态不同，存在拉应力或压应力，工件内部需要保持平衡。如果淬硬钢零件的内应力不能及时消除，将会导致零件进一步变形甚至开裂。
综上所述，虽然淬火工件硬度高、强度高，但其弯曲变形大，组织不稳定，且存在较大的淬火内应力，因此必须进行回火处理才能应用。一般来说，回火是钢材淬火后的后续工序，也是热处理工艺的最后一道工序，它使工件能够很好地满足其功能需求。
回火是将淬硬钢加热到低于Ac1的特定温度，保持一段时间，然后冷却至室温的过程。其主要目的是：
（1）合理调整钢材的硬度和强度，提高钢材的韧性，使工件满足应用要求；
（2）结构稳定，使工件在长期使用过程中不会发生结构变化，从而稳定工件的形状和尺寸；
可以降低或消除工件的淬火内应力，从而减少其变形并防止开裂。