非合金工具鋼也稱碳素工具鋼。碳素工具鋼系列的幾個鋼號（T7～T13）用作小型、簡單的冷作模具零件非常普遍，應(yīng)用最多的是T8A或T10A。

雖然研制、開發(fā)了許多各具特性的合金模具鋼，使模具鋼的性能愈來愈好，但由于冶煉技術(shù)的提高、良好加工性能和經(jīng)濟(jì)性而成為模具零件的重要材料之一，非合金工具鋼仍然在模具制造中保持著應(yīng)有地位。

碳素工具鋼的淬透性很差。為了避免在馬氏體形成之前發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變，需要較高的臨界冷卻速度，為了達(dá)到完全淬硬，需要用劇烈的冷卻劑，一般是水和水溶液。稍大的工件馬氏體淬硬層比較淺，僅有2～3mm，對要求淬透的工件來說是明顯的不足。但對于心部要求一定塑性、韌性的工件來說，由于心部區(qū)域冷速低于臨界冷卻速度，轉(zhuǎn)變在珠光體、貝氏體區(qū)域進(jìn)行，反而使碳素工具鋼淬火后具有表面高硬度、心部有良好的韌性的優(yōu)點(diǎn)。

碳素工具鋼在800～1050℃之間進(jìn)行熱加工變形，如果溫度過高，則產(chǎn)生粗晶粒組織，過共析鋼還形成粗的滲碳體。此時，可進(jìn)行一次正火或調(diào)質(zhì)處理加以改善。鍛造以后，為了改善可加工性，進(jìn)行退火是必要的。這種退火組織是淬火的最佳原始組織。有時為了消除加工應(yīng)力，要進(jìn)行消除應(yīng)力退火。