低温形变热处理是将钢加热至奥氏体状态，迅速冷却至Ac1点以下、Ms点以上过冷奥氏体亚稳温度范围进行大量塑性变形，然后立即淬火并回火获得所需要的性能的热处理工艺。塑性变形可采用锻造、轧制或拉拔等加工方法。该工艺仅适用于珠光体转变区和贝氏体转变区之间( 400~550℃)有很长孕育期的某些合金钢。在该温度区间进行变形可防止珠光体或贝氏体相变。低温形变热处理在钢的塑性和韧性不降低或降低不多的情况下，可以显著提高钢的强度和疲劳极限，提高钢抗磨损性和耐回火性。低温形变热处理比高温形变热处理具有更高的强化效果，且塑性并不降低。

低温形变热处理使钢显著强化的原因主要是钢低温形变后，亚晶细化，位错密度大大提高，从而强化了马氏体。形变使奥氏体晶粒细化，进而又细化了马氏体片，对强度也有贡献。对于含有强碳化物形成元素的钢，奥氏体在亚稳区形变时，促使碳化物弥散析出，使钢的强度进一步提高。由于奥氏体内合金碳化物析出使其碳及合金元素量减少，提高了钢的Ms点，大大减少了孪晶马氏体的量，因而低温形变热处理钢又具有良好的塑性和韧性。

低温形变热处理可用于结构钢、弹簧钢、轴承钢及工具钢。经低温形变热处理后，结构钢强度和韧性显著提高，弹簧钢疲劳强度、轴承钢强度和塑性、高速工具钢切削性能和模具钢耐回火性均得到提高。