这种退火主要用于经过冷加工的钢，如冷拉、冷冲压及冷轧等的低碳钢件。将钢件加热到600-700℃,经保温一定时间后随炉冷却。由于加热温度在相变温度以下，所以钢件在加热后并不转变为奥氏体，也不易发生晶粒长大现象。再结晶退火常用来消除焊接件内应力，以及消除因塑性变形以后发生的冷作硬化现象。
钢材在焊接或冷加工塑性变形后，钢材的晶体组织也将发生变化。由于应力超过钢材屈服极限，使晶格发生滑移，在滑移面附近，原子受到扰动而使原子有规则的排列受到破坏，造成晶格歪扭，形成滑移而凹凸不平，若滑移量大时，则在滑移面上产生许多碎块(碎晶)，此时，若要使滑移面继续滑移，就困难得多，从而需要提高钢材抵抗破坏和变形的能力，这就是冷作硬化的基本原因。
这种晶格歪扭，晶粒破碎的状态是不稳定的。在室温下由于原子扩散能力不足，尚不致发生明显的变化，但若加热到一定温度，原子的扩散能力提高，晶格就消除了歪扭，破碎的晶粒变成整齐的晶粒。这个变化过程也是一个重排及成长过程，称为再结晶。但应注意，在这个过程中，并未发生同素异构转变。经过再结晶以后，钢材的强度、硬度下降而塑性升高，恢复到塑性变形以前的性能，即消除了冷硬现象及内应力。
