فولاد عملیات حرارتی پذیر به فولادی گفته می شود که مقدار کربن آن در محدوده ی متوسط قرار دارد (معمولاً بین 0.20 تا 0.5 درصد) و می توان با عملیات حرارتی کوئنچ-تمپر ساختار مارتنزیتی در آن ایجاد کرد. به همین دلیل به آن ها فولادهای کوئنچ تمپر نیز گفته می شود. ساختار مارتنزیتی باعث می شود سختی، استحکام تسلیم و شکست آلیاژ افزایش یابد. میزان سختی نهایی با انتخاب شرایط آستنیته کردن و محیط خنک کاری و مهم تر از آن دما و زمان تمپر قابل تغییر و تنظیم است. زیرا فاز مارتنزیت بدون تمپر بسیار ترد و شکننده است و معمولاً عملیات تمپر جهت اصلاح آن و ایجاد مارتنزیت تمپر شده که از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است لازم می باشد. تعیین سیکل عملیات حرارتی و محیط خنک کاری که می تواند آب، روغن، نمک مذاب یا هوا باشد، تابعی از ترکیب شیمیایی، ابعاد و اندازه، تولرانس ابعادی، ساختار قطعه قبل از عملیات حرارتی، حساسیت و کیفیت سطحی و همچنین کاربرد مورد نظر می باشد.
وجود عناصر آلیاژی مثل کرم، نیکل، مولیبدن و وانادیم در برخی از این فولادها باعث می شود قابلیت عملیات حرارتی و سختی پذیری افزایش یافته و ساختار همگن تر در سطح و مغز قطعه ایجاد شود. در چنین شرایطی استحکام و ضربه پذیری قطعه به طور کلی افزایش می یابد و مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون و حتی استحکام دمای بالا نیز می تواند بهبود یابد. در مقادیر کربن کمتر از 0.3 وضعیت جوش پذیری نیز مناسب است، اما در مقادیر بالاتر کربن شرایط دشوار شده و عملیات پیش گرم و پس گرم و فرایند جوشکاری بسیار اهمیت می یابد.
این فولادها با توجه به استحکام بالای آن ها پس از عملیات حرارتی در ساخت قطعاتی که تحت بارگذاری شدید کششی، خمشی و پیچشی قرار دارند مثل شفت، محور، میل اتصال، پروانه، چرخ دنده، دیسک، پیچ و مهره، میل لنگ، پین و خار، ابزار، قطعات فورج، غلطک و شاتون کاربرد دارند.