車輪鍛件回火時冷卻速度的控制很重要，主要考慮的因素是車輪鍛件回火后的殘余應力，回火后冷卻速度的大小直接影響殘余應力值。經研究發現車輪鍛件從回火溫度冷卻到室溫之間有一個彈塑性轉變溫度，這個溫度隨鋼種不同而有所變化，一般認為在400-450℃左右。殘余應力主要是產生在400-450℃以上的冷卻過程，鋼在400℃以上處于塑性狀態，過快的冷卻速度將產生很大的熱應力，產生塑性變形，使殘余應力值增加。在400℃以下時鋼已處于彈性狀態，冷卻速度對殘余應力就沒有顯著影響。所以400℃以上要緩冷，400℃以下可以冷得快一些，必要時可在400-450℃之間等溫一段時間，會減小車輪鍛件彈塑性狀態時的內外溫差，有利于減小殘余應力。對于一些重要的車輪鍛件規定殘余應力值要小于屈服點的10%。
上述可知，400℃以上的慢冷對某些鋼會產生第二類回火脆。在一般中小件熱處理中，為防止回火脆，車輪鍛件回火后應在油中或水中快冷。但是，這種方法不適用大件。對大件主要依靠合金化，降低鋼中磷等有害元素含量以及真空碳脫氧等方法來降低甚至消除回火脆性，而很少采用快冷的方法，以免應力過大而造成工件開裂。
根據車輪鍛件材料、車輪鍛件形狀和大小以及采用的加熱方式和淬硬深度等因素綜合考慮確定。噴射冷卻和流水式冷卻等快速冷卻方法，具有方便和經濟效果好等優點，被廣泛采用。常用的冷卻方法，形狀簡單的低合金鋼、碳鋼車輪鍛件，通常采用噴水冷卻；一些高合金冷軋輥等，雖然是采用9Cr2Mo等高合金鋼，但為了得到高硬度深層硬化層，也常采用噴水或流水冷卻。合金鋼車輪鍛件，或形狀復雜的碳鋼車輪鍛件，可采用乳化液淬火介質，也可采用聚乙烯醇水溶液等進行噴射冷卻。形狀復雜的高合金鋼車輪鍛件采有浸油冷卻或噴射壓縮空氣。
噴射聚乙烯醇水溶液在車輪鍛件感應淬火應用很廣泛。在淬火機床旁設一水液池，將百分比混合好的聚乙烯醇水溶液存放在池內，用一水泵打出來作噴射淬火用，最好淬火流下來的溶液回流到池內，但必須要經過濾后入池，在冬天，溶液池內可插入加熱器控制溶液溫度在15-25℃之間。
