工具鋼淬火后具有高硬度，但存在很大的淬火內應力，塑性很低，強度也不高，必須再經過低溫回火，使內應力部分消除，使應力狀態穩定化。低溫回火時，ε碳化物從馬氏體中析出，馬氏體中含碳量下降，使強度和塑性明顯提高。由于ε碳化物具有極大的彌散度，因此工具鋼回火后硬度僅略有下降，甚至不下降。一般碳鋼制工具回火溫度在170～220℃之間，可根據不同工件的具體要求選擇。

低合金工具鋼回火時的組織轉變規律和碳鋼基本上一樣。由于Cr、V、Si等元素的加入提高了回火的穩定性，因此低溫回火后硬度降低比碳鋼緩慢。例如9CrSi鋼制造的絲錐與圓板牙油淬或硝鹽分級淬火后的硬度為62～65HRC，經140～160℃回火后其硬度基本不變，160～180℃回火后硬度為61～63HRC，180～200℃回火后硬度為60～62HRC。低溫回火后的強度與塑性則有明顯的改善。低溫回火使工具鋼的沖擊韌性明顯提高，但在回火脆性溫度范圍內沖擊韌度和疲勞強度都顯著下降。對于要求高耐磨性的9CrSi鋼制工具，可以采用160℃左右回火；對于要求有較高韌度和塑性的工具（例如螺紋刀具），可采用180℃回火。低合金工具鋼低溫回火溫度應低于第一類回火脆性的溫度，在這樣低的溫度下，對流傳熱起主要作用，所以工具鋼的低溫回火應在帶有良好回風條件的空氣爐中進行，如果使用設有空氣循環裝置的空氣爐進行回火，則溫度不均勻，會影響低溫回火的質量。

低溫回火的保溫時間與回火溫度有關。在150～160℃回火需3～6h，在180～200℃回火只需2h左右。