当不锈钢弹簧全淬成马氏体再加热到150°C-170°C回火时，随着回火温度升高，按其内部组织结构变化，分四个阶段进行：
(1)马氏体的分解；(2)残余奥氏体的转变；(3)碳化物的转变；(4)e相状态的变化及碳化物的聚集长大．
二次硬化：当热卷弹簧钢中含有较多的碳化物形成元素时，在回火第四阶段温度区(约为500～550℃)形成合金渗碳体或者特殊碳化物。这些碳化物的析出，将使硬度再次提高，称为二次硬化形象。
热卷弹簧回火的目的：减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足热卷弹簧的性能要求。
1 碳钢的回火特性
不锈钢弹簧淬火钢回火后的力学性能，常以硬度来衡量。在未完全淬透情况下，沿工件截面硬度差别随着回火温度的提高及回火时间的延长而逐渐减小．合金钢的回火特性，基本和碳钢类似。但对具有二次硬化现象的钢则不同，也不能简单地用M参数来表征回火程度。
2. 低温回火
不锈钢弹簧的低温回火又称“消除应力回火”。回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体。钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低。经渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为58-64HRC。
3.回火过程
回火过程中，很容易出现弹簧表面颜色不均匀（两种以上的颜色）。这和回火炉的膛内温度和气流的不均匀有一定的关系，所以定期检修回火炉，更换发热管和风扇电机非常有必要。另外，回火时弹簧堆积过高也会造成受热不均匀而导致颜色一致性不好的现象。所以不能一味追求效率，而忽略的弹簧回火颜色的问题。最主要一点是，回火后颜色不均匀的弹簧在做耐久性测试时的成绩总是不太理想。
4. 回火时间
不锈钢弹簧的回火时间应包括按工件截面均匀地达到回火温度所需加热时间以及按M参数达到要求回火硬度完成组织转变所需的时间，如果考虑内应力的消除，则尚应考虑不同回火温度下应力弛豫所需要的时间。
对以应力弛豫为主的低温回火时间应比表列数据长，长的可达几十小时。对二次硬化型高合金钢，其回火时间应根据碳化物转变过程通过试验确定。当含有较多残余奥氏体，而靠二次淬火消除时，还应确定回火次数。