非合金工具钢也称碳素工具钢。碳素工具钢系列的几个钢号（T7～T13）用作小型、简单的冷作模具零件非常普遍，应用最多的是T8A或T10A。

虽然研制、开发了许多各具特性的合金模具钢，使模具钢的性能愈来愈好，但由于冶炼技术的提高、良好加工性能和经济性而成为模具零件的重要材料之一，非合金工具钢仍然在模具制造中保持着应有地位。

碳素工具钢的淬透性很差。为了避免在马氏体形成之前发生非马氏体转变，需要较高的临界冷却速度，为了达到完全淬硬，需要用剧烈的冷却剂，一般是水和水溶液。稍大的工件马氏体淬硬层比较浅，仅有2～3mm，对要求淬透的工件来说是明显的不足。但对于心部要求一定塑性、韧性的工件来说，由于心部区域冷速低于临界冷却速度，转变在珠光体、贝氏体区域进行，反而使碳素工具钢淬火后具有表面高硬度、心部有良好的韧性的优点。

碳素工具钢在800～1050℃之间进行热加工变形，如果温度过高，则产生粗晶粒组织，过共析钢还形成粗的渗碳体。此时，可进行一次正火或调质处理加以改善。锻造以后，为了改善可加工性，进行退火是必要的。这种退火组织是淬火的最佳原始组织。有时为了消除加工应力，要进行消除应力退火。