工具钢淬火后具有高硬度，但存在很大的淬火内应力，塑性很低，强度也不高，必须再经过低温回火，使内应力部分消除，使应力状态稳定化。低温回火时，ε碳化物从马氏体中析出，马氏体中含碳量下降，使强度和塑性明显提高。由于ε碳化物具有极大的弥散度，因此工具钢回火后硬度仅略有下降，甚至不下降。一般碳钢制工具回火温度在170～220℃之间，可根据不同工件的具体要求选择。

低合金工具钢回火时的组织转变规律和碳钢基本上一样。由于Cr、V、Si等元素的加入提高了回火的稳定性，因此低温回火后硬度降低比碳钢缓慢。例如9CrSi钢制造的丝锥与圆板牙油淬或硝盐分级淬火后的硬度为62～65HRC，经140～160℃回火后其硬度基本不变，160～180℃回火后硬度为61～63HRC，180～200℃回火后硬度为60～62HRC。低温回火后的强度与塑性则有明显的改善。低温回火使工具钢的冲击韧性明显提高，但在回火脆性温度范围内冲击韧度和疲劳强度都显著下降。对于要求高耐磨性的9CrSi钢制工具，可以采用160℃左右回火；对于要求有较高韧度和塑性的工具（例如螺纹刀具），可采用180℃回火。低合金工具钢低温回火温度应低于第一类回火脆性的温度，在这样低的温度下，对流传热起主要作用，所以工具钢的低温回火应在带有良好回风条件的空气炉中进行，如果使用设有空气循环装置的空气炉进行回火，则温度不均匀，会影响低温回火的质量。

低温回火的保温时间与回火温度有关。在150～160℃回火需3～6h，在180～200℃回火只需2h左右。