为了改善或消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火称为扩散退火。扩散退火的工艺过程是在适当的加热温度下长时间保温，然后再缓慢的冷却到室温。通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体（主要是氢）脱溶析出，这时称为脱氢退火。扩散退火也可以将金属及其合金加热到接近或低于固相线的较高温度下长期保温，并用一定的速度冷却，可以改善或消除铸件中的枝晶偏析、轧材中的带状偏析。因此，这种退火也称为均匀化退火。

通过退火改善钢的成分及其均匀性，必要的条件是一定的加热温度及足够长的保温时间。显然，这些参量都直接关系到固溶体对溶质元素的溶解度、以及溶质原子在基体中的扩散速度和扩散过程进行的程度。