پس از ریخته‌گری و سرد شدن مواد، غلتک‌ها وارد مرحله عملیات حرارتی می‌شوند. عملیات حرارتی با هدف بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی مواد انجام می‌شود و شامل حرارت دادن غلتک‌ها به دماهای مشخص و سپس سرد کردن آنها تحت شرایط کنترل‌شده است. این فرآیند ممکن است به چندین روش مختلف انجام شود، از جمله بازپخت (آنيل)، سختکاری یا تمپرینگ. هر یک از این روش‌ها باعث ایجاد ویژگی‌های خاصی در مواد می‌شود. برای مثال، بازپخت معمولاً به‌منظور افزایش چقرمگی و انعطاف‌پذیری مواد استفاده می‌شود، در حالی که سختکاری باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش می‌شود.
تنظیم دقیق دما و زمان در این مرحله بسیار مهم است. اگر دما بیش از حد بالا باشد یا زمان کافی برای سرد شدن در نظر گرفته نشود، ممکن است خواص مکانیکی مواد به شدت تحت تأثیر قرار گیرد و غلتک‌ها شکننده یا بیش از حد سخت شوند. از طرف دیگر، اگر فرآیند به‌درستی انجام شود، خواص مکانیکی مانند استحکام، مقاومت به سایش و دوام افزایش می‌یابد و غلتک‌ها برای استفاده در شرایط نورد آماده می‌شوند. تجهیزات پیشرفته‌ای مانند کوره‌های الکتریکی با قابلیت تنظیم دقیق دما و سیستم‌های خنک‌کننده استفاده می‌شوند تا عملیات حرارتی با حداکثر دقت انجام شود.