高速工具钢中含有大量的钨、钼、铬、钒等合金元素，当加热溶入奥氏体时，使碳在γ-Fe中的最大固溶度点E显著左移，因此高速工具钢铸态组织中出现了莱氏体组织，属莱氏体钢。高速工具钢的铸态组织共晶碳化物呈鱼骨状分布。鱼骨状的共晶碳化物硬而脆，不能用热处理方法去除，必须通过高温轧制和锻压的方法将其粉碎并使其重新分布。不经锻压的高速工具钢，将使刃具的强度、硬度、耐磨性、热硬性下降，淬火时易变形和开裂，使用时容易崩刃和磨损。因此高速工具钢在出厂时应规定级别，检验碳化物分布的不均匀度。

1)高速工具钢的退火。由于高速工具钢的奥氏体稳定性很好，因此锻造后空冷也会出现马氏体组织，硬度较高。为消除锻造应力，降低硬度，改善可加工性，并为淬火做组织准备，必须进行球化退火。生产中常采用等温球化退火（加热至860~ 880℃保温，快冷至720~ 750℃等温，500℃以下出炉空冷），退火后的组织为索氏体及粒状碳化物，硬度为207~255HBW。

2)高速工具钢的淬火及回火。高速工具钢的热硬性通过正确的淬火和回火处理后才能够显现出来。高速工具钢属于高合金工具钢，组织中的各种碳化物，其分解温度和溶入奥氏体的温度都很高，所以高速工具钢的淬火加热温度较高，一般为1200~1300℃。由于高速工具钢的塑性及导热性差，若从室温直接加热到淬火温度，会引起较大的热应力，从而导致变形和开裂，因此必须在800~850℃进行预热，然后再加热到淬火温度。

两次预热。为防止刃具表面氧化、脱碳，通常采用盐浴炉加热，淬火冷却一般采用油冷淬火或盐浴炉分级淬火。高速工具钢淬火后的正常组织为隐针状的马氏体、粒状碳化物及20%～25%的残留奥氏体。为了消除淬火应力，稳定组织，减少残留奥氏体量，达到所要求的性能指标，高速工具钢淬火后必须及时进行回火（一般进行两次）。随回火温度提高，开始时硬度是降低的，但回火温度高于300℃后，随回火温度提高，钢的硬度反而又提高了，这是由于在此温度下，钨、钒的碳化物(W2C、VC)开始从马氏体中析出，形成第二相弥散强化的结果。另外，部分的碳及合金元素从残留奥氏体中析出，使Ms点升高，则在回火的冷却过程中残留奥氏体转变成马氏体，也使硬度提高，由此造成钢的二次硬化。在560℃左右回火后，硬度达到最高值，而当回火温度高于560℃后，由于碳化物的聚集长大，则回火温度提高，硬度降低。

高速工具钢淬火后残留奥氏体量多。有时为了减少回火次数，也可在淬火后，立即进行-60~80℃的冷处理，然后再进行一次560℃回火。高速工具钢淬火、回火后的组织应为细的回火马氏体、粒状碳化物和少量的残留奥氏体，硬度为63~67HRC。

为了进一步提高高速工具钢的切削性能和使用寿命，可在淬火、回火后进行某些化学热处理，如氮碳共渗、硫氮共渗、蒸汽处理，表面气相沉积等处理，以提高刃具的抗咬合性能、硬度和降低摩擦因数。