當球墨鑄鐵具有上述第三種和第四種類型的基體組織時，雖然它有較高的強度和合適的硬度，然而它的韌性比第一、二種類型的要差。為了提高韌性，需對這類球墨鑄鐵進行低溫退火，即加熱到650~750℃，并保溫一段時間，使珠光體逐步分解，珠光體中的滲碳體逐步地分解為鐵素體。鑄鐵冷卻下來以后，基體就變為第一種類型的組織了，退火的加熱溫度、保溫時間與冷卻速度參考如下：

低溫石墨退火的加熱溫度與高溫石墨化退火一樣，而加熱溫度一般為650~750℃，保溫時間為3~5h，然而它也和高溫石墨化退火一樣，即退火溫度越高，需要的保溫時越短，滲碳體分解得越快；退火溫度低，滲碳體就分解得慢，保溫時間就長。一般說來，在650℃退火時，保溫3~5h；750℃退火時，保溫1~3h。鑄件厚度增加，保溫時間也應當增加。

值得注意的是，錳是一種阻礙滲碳體分解的元素，所以錳含量比較高的鑄件，保溫時間要適當增加。例如，含錳量超過0.7%的鑄件，保溫時間應增加1~2h。低溫退火后的冷卻速度與高溫石墨化退火一樣。