Zmrazováním se rozumí ochlazení zakalené oceli pod teplotu Mf - teplotu, při které dojde k dokončení martenzitické přeměny. Provádí se tehdy, pokud teplota Mf je pod teplotou ochlazovacího prostředí (kalícího média). Účelem je snížení zbytkového austenitu ve struktuře, který se přemění na martenzit. Výrobek tak získá ještě větší tvrdost po kalení v řádu jednotek HRC a kromě toho se zlepší jeho rozměrová stabilita. Zmrazování je nutné provádět co nejdříve po kalení.
Zmrazování se provádí na různou teplotu (-40°C, -70°C, -120°C). Vysoce legované oceli se zmrazují až na -196°C. Pro účely zmrazování se v praxi používá nádob se směsí lihu a tuhého CO2, průmyslových mrazáků s teplotou zmrazení do cca -70°C nebo tekutého N.
