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索氏体组织不能满足要求，要采用淬火低温回火，即在250-350℃左右回火，得到中、低碳回火马氏体组织。回火马氏体发挥了碳在过饱和α相中的固溶强化、ε-Fe2.4C与基体共格产生的沉淀强化及马氏体相变的冷作硬化（即加工硬化）等的综合强化效应。其中，回火马氏体的强度主要来自固溶在马氏体α中的碳。研究表明，钢中碳的质量分数w（C）在0.2%-0.5%范围，可见，当钢中w(C)=0.30%时，可获得 约为1700MPa的高强度。w(C)每增加0.01%， 约增高300MPa。而且，w(C)在0.20%-0.30%的范围内，回火马氏体保持较好的韧性和较低的韧-脆转化温度；当w(C)超过0.30%，随着钢的强度继续升高，钢的韧性特别是断裂韧性下降显著。
与普通调质钢一样，合金元素在该类钢中的作用也是提高淬透性，保证得到马氏体组织。但在250-350℃回火，要产生低温回火脆性。引起这类回火脆性有两个方面的原因。首先，在这个温度范围回火，发生ε-Fe2.4C溶解，Fe3C在马氏体板条边界和原奥氏体晶界析出，呈连续薄片状，在冲击负荷下沿马氏体板条边界裂开。在350℃以上，Fe3C开始球化，韧性恢复。第二个原因是杂质元素磷、锑、锡等，在淬火加热时发生在奥氏体晶界上的偏聚，经淬火后杂质元素被冻结在原奥氏体晶界。以上杂质在原奥氏体晶界的富集和连续薄膜状Fe3C的同时存在，两者作用叠加，造成沿晶脆断。合金元素锰和铬加剧低温回火脆化倾向，锰的质量分数在2%以上，淬火状态也可发生沿晶断裂，也进一步促进低温回火脆性。钼能改善低温回火脆性，硅、铝推迟ε-Fe2.4C向Fe3C转变，将低温回火脆化温度范围推向350℃以上。
钢中碳的质量分数低于0.30%时，淬火后马氏体的微观结构为位错型的板条马氏体，具有高的强度和良好的韧性。在低温回火后，其综合力学性能优于中碳调质钢，并且冷脆倾向小，有低的疲劳缺口敏感度。中碳调质钢和低碳马氏体结构钢力学性能的比较如表。
表 中碳调质钢和低碳马氏体结构钢的力学性能
由于低碳钢的淬透性较小，必须加入合金元素，故一般采用低碳低合金钢。它们在热轧后退火，具有低强度、高塑性和良好的冷变形性。例如，汽车用高强度螺栓、销钉等，原来用中碳调质钢，需要热顶锻锻出螺栓头，表面质量差。中碳调质钢退火后硬度较高，碾压螺纹也困难。用15MnVB代替40Cr制作上述零件，其优点在于可用冷镦成型，比热顶锻制的螺栓精度高，表面质量好，生产率高，承载能力提高45%-70%，减少了切削量，节约钢材，延长了螺栓使用寿命，并满足大功率新车型设计要求。又如采用20SiMnMoV钢代替35CrMo钢，制造石油用的吊环，使吊环质量由原来的97Kg减少为29Kg，大大减轻了钻井工人的劳动强度。
