Нормализация состоит в нагреве стали до температуры выше верхней критической точки Ас3 на 30–50°, т. е. до температуры, немного превышающей температуру полного отжига, небольшой выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе.

Продолжительность выдержки тем больше, чем толще обрабатываемое изделие и чем грубее структура стали.

Нормализация от отжига отличается теми превращениями, которые происходят в стали при более быстром охлаждении. В результате этих превращений зерна перлита и феррита получаются более мелкими, чем при отжиге; сами зерна перлита, который имеет в этом случае форму тонкопластинчатого или сорбитообразного перлита, получают тонкое внутреннее строение; сталь получает более равномерную структуру. После нормализации сталь приобретает большую твердость и прочность по сравнению со сталью, медленно охлажденной после отжига. Это различие в механических качествах у нормализованной и у отожженной сталей тем больше, чем выше содержание углерода (по структуре – больше перлита). Тонкие изделия, остывая на воздухе быстрее толстых, приобретают и большую твердость.

Охлаждение изделий на воздухе, а не в печи, повышает производительность печей и удешевляет продукцию, если при охлаждении на воздухе в изделиях не появятся внутренние напряжения и после нормализации не потребуется дополнительного отпуска.

Нормализацией мягкой стали достигается повышение главным образом ударной вязкости. Помимо этого, нормализация облегчает механическую обработку резанием. Мягкая сталь во избежание появления структурно-свободного цементита обязательно должна быть нормализована.

Изделия сложной конфигурации с различной толщиной стенок, особенно изготовляемые из легированной стали, после нормализации должны подвергаться отпуску. Такая термическая обработка обеспечивает не только размельчение зерна с улучшением механических качеств стали, но и освобождает изделия от внутренних напряжений. Так обрабатывают, например, валы для турбин и двигателей внутреннего сгорания, турбинные диски, некоторые стальные отливки ответственного назначения и пр. Часто обе операции – нормализация и отпуск – производятся с одного нагрева в одной и той же специальной печи. Дополнительного отпуска после нормализации не требуют изделия из мягкой стали с содержанием до 0,25% С.