Это зависит от скорости охлаждения. Для сталей, как и других материалов, которые могут быть закалены (например, титановые сплавы) существует критическая скорость охлаждения, при достижении которой материал не успевает вернуться к той фазе, которая была изначально. Для сталей чем больше легирующих элементов, тем меньше эта скорость. Для закалки низколегированных сталей нужно охлаждение в воде или масле со скоростью порядка сотен градусов в секунду, для высоколегированных сталей для закалки хватает охлаждения на воздухе.
Таким образом, при высокой скорости охлаждения сталь как бы застывает в той фазе, в которой она была при высокой температуре. Аустенит становится в зависимости от скорости охлаждения мартенситом, сорбитом или трооститом, причём полноценная закалка это все же на мартенсит, который затем подвергается отпуску. При медленном же охлаждении аустенит успевает перекристаллизоваться в перлит с ферритом или цементитом, что уже не является закалочной структурой