在碳和合金元素（Co和Al除外）较多的钢中淬火后有较多的残余奥氏体，高合金钢中，例如，高速钢淬火后残余奥氏体高达25%～30%。在一般合金钢中残余奥氏体于200～300℃回火中转变成F和碳化物。但在淬火的高合金钢中于500～600℃时导致奥氏体中析出碳化物，使奥氏体中合金元素含量降低，并使奥氏体向马氏体转变温度提到室温以上，因此冷却后奥氏体转变为马氏体，从而提高钢的硬度。在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为二次淬火。在高速钢和高铬钢中常有二次回火现象出现。

对于含有较多合金元素的钢，在珠光体型转变和贝氏体型转变的C曲线之间，有一个过冷奥氏体的中间稳定区。与此相似，这类钢的残留奥氏体，在相应温度回火时，也出现两转变之间的中间稳定区。然而，将这类淬火钢回火加热到该区间的上限温度时，残留奥氏体既不转变成珠光体，也不转变成贝氏体，而是在继续冷却到室温时转变成马氏体。这一效应叫做二次淬火。