尽管对模具的要求越来越高，为此研制、开发了许多各具特性的合金模具钢，在许多场合下合金钢取代了非合金工具钢，但是，碳素工具钢仍然在模具制造中保持着原有地位，随着冶金技术的发展，虽然不含合金元素，经过精心冶炼、加工和良好的热处理而此外模具零件的重要材料之一。非合金冷作模具钢即非合金工具钢，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。
    碳素工具钢在转变倾向最大的温度范围，转变开始的孕育时间是很短的，淬透性很差。为了避免在马氏体形成之前发生非M转变，需要极高的临界冷却速度，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。为了防止产生软点，可在水中添加10%的NaOH（氢氧化钠），以提高淬火烈度。即使如此马氏体淬硬层仍然很浅，仅有2～3mm。在心部区域则低于临界冷却速度，转变在珠光体、贝氏体区域进行，这样，碳素工具钢淬火后心部具有良好的韧性，这是优点。含Si、Mn及残剩Ni、Cr、Cu（来自废钢）都可以使临界冷却速度降低，提高淬透性，增加淬硬层深度，然而这样又使淬火时淬火时产生裂纹的危险性增加。所以，对于这类钢有时可以进行油淬，较难掌握。通常，采用水油双液淬火有较好的效果。
    1.淬火
    必须缓慢、均匀地加热到淬火温度。一般是将预热过的工件转到已经处于淬火温度的炉子中，对盐浴炉加热，这样很重要，一是可避免因工件潮湿（含水分）直接放进盐浴中容易爆炸；二则可避免初始升温的应力。国内的热处理工作者不够重视，认为只有高合金钢因导热性差、淬火温度高才这样做。其实碳素工具钢在加热初的低温阶段（≤600℃）预热也很有必要。最好是在脱氧良好的盐浴炉或真空炉或带保护气氛的炉内加热。
    淬火温度，过共析钢取780～800℃。形状复杂或小尺寸的工件取下限；形状简单的大工件则取上限，甚至稍高的温度如820℃。到温后应保温相当时间，然后淬火水或盐水中，视工件具体情况作适当运动。水温以20～30℃（即室温）为宜。淬油时，油温以50～60℃为宜，可获得最佳淬火效果。对可能会产生较大应力或淬裂的工件，建议采用水油双液淬火。
    2.回火
    淬火以后应立即回火，最好是工件淬火冷却到100℃时即从淬火介质中取出，然后在150~300℃之间取一合适温度回火到符合要求的硬度和韧度。回火需保温足够长的时间，然后在静止空气中冷却。对于模具工作零件，快速回火、自回火、局部回火等工艺方式是不相宜的，回火必须成分，淬火应力消除不彻底，在后续加工如磨削、线切割时容易发生裂纹，即使在后续加工中不出现问题，也易发生早期失效，缩短模具寿命。
    碳素工具钢在1050～800℃之间进行热加工变形，温度过高，则产生粗晶粒组织，过共析钢还会形成粗的渗碳体。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，退火组织是淬火的最近原始组织。有时为了消除加工应力，要进行消应力退火。
    碳素工具钢的化学成分，尤其是含P、S和Si、Mn的量和纯净度可分为三个精度等级。即优质钢、高级优质钢（钢号后带A）或特级优质钢（钢号后带E）。我国碳素工具钢只有优质钢和高级优质钢，其成分中P、S和Si、Mn以及杂质合金元素Cr、Ni、Cu的具体规定，见有关标准。