將中厚板加熱到所要求的溫度后并且保持一定時間，然后用選定的冷卻速度和冷卻方法進行冷卻，從而得到所需要的組織和性能，這一過程叫做熱處理工藝。熱處理工藝是由加熱、保溫和冷卻三個階段組成。根據不同的目的可采用不同的加熱溫度和冷卻速度。中厚板熱處理常用的有正火、退火及調質三種工藝。熱處理的目的是為了生產具有高抗拉強度、高屈服點、耐沖擊、耐腐蝕、耐磨等性能的調質板材。
正火是將鋼板加熱到上臨界點A3以上約30～50℃或更高的溫度，使鋼奧氏體化，并保溫均勻化后，在自然的大氣中冷卻，得到珠光體型組織的熱處理工藝。正火可以細化晶粒，均勻組織，提高沖擊功和延伸性，消除軋制內應力。
退火是將鋼板加熱到臨界點Ac1以上或以下的一定溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近于平衡狀態的組織的熱處理工藝。其實質就是將鋼板加熱與保溫，使其內部形成均勻的奧氏體，然后隨爐冷卻。
調質處理是淬火和高溫回火，或中溫回火，或正火的聯合熱處理，其目的是使鋼板達到較高的綜合性能。調質處理多用于中碳鋼板和合金結構鋼板等。調質處理時對一些淬火后應力較大的鋼板，應及時進行回火，以免產生裂紋。調質處理進行高溫回火時對一些鋼板應控制冷卻速度，以免產生回火脆性。
淬火是把鋼板加熱到Ac3以上，保溫后以大于臨界冷卻速度進行快速冷卻，以使過冷奧氏體轉變為馬氏體組織。對過共析鋼需加熱到Ac1與Accm之間保溫，然后快冷。
回火是將鋼板加熱到Ac1點以下溫度，保溫后冷至室溫。回火的目的主要是消除淬火和熱軋時產生的內應力，提高鋼板分塑性和韌性。回火可分為低溫、中溫、高溫回火三種。
固溶處理是把鋼板加熱到一定溫度，經保溫使某些組織溶解于基體中，成為均勻的固溶體，以改善鋼板的韌性和塑性。固溶處理用于奧氏體不銹鋼板熱處理。
特厚鋼板軋后必須進行熱處理，主要使為了防止鋼板表面和中心的溫度差引起裂紋，使軋制組織均勻化，脫除鋼板中的氫，防止針狀鐵素體的存在影響探傷檢查等。