在500～600℃温度下对钢进行的将塑性变形同固态相变结合在一起的热加工技术。将钢加热到A_c3温度以上奥氏化后，再快速冷却到奥氏体再结晶温度以下、马氏体相变开始温度以上的区域(通常在奥氏体稳定区具有最大转变孕育期的500～600℃温度)进行变形，然后采用淬火方法获得马氏体组织(低温形变淬火)、采用等温淬火方法获得贝氏体组织(低温形变等温淬火)，生产中应用比较广泛。

低温形变热处理具有如下优点：(1)能极大地提高钢的强度极限、屈服极限和疲劳极限；(2)由于在奥氏体再结晶温度以下变形，所以不存在因变形后奥氏体再结晶长大而降低强韧化效果的危险；(3)一般要求较大的变形量，这为应用多种形式变形创造了条件，同时在较低的应变速率下也可以获得最佳强韧化组织。

缺点是要求较大能力的变形设备。

低温形变热处理的强韧化机制如下：(1)由于奥氏体是过冷到500～600℃前后变形，且变形量较大，所以奥氏体受到严重扭曲，并产生了大量亚晶(见亚结构)、次亚晶和数量很大的位错，使钢材强度大幅度提高。

(2)在变形的同时析出很多超微细的碳(氮)化物，这些碳(氮)化物以高度弥散状态沉淀在位错周围，阻止位错运动，对位错起到钉扎作用，从而大大地提高了钢材的强度。

(3)形变奥氏体淬火时转变成极细小的马氏体，变形时产生的大量位错、晶内缺陷在马氏体转变时不但被保留下来，而且有了新的增殖，可使位错密度达到1×10¹²／cm²级。在马氏体晶内也存在有大量的双晶、亚晶、次亚晶等精细结构，使镶嵌块之间的夹角显著增大，加上位错和微细碳(氮)化物的交互作用，造成了位错运动的极大障碍，从而大幅度地提高了钢的强度和韧性。

由于低温形变热处理要求有较大的变形量，所以要求功率大的变形设备，因此在一些大型、形状复杂的产品生产上较难实施。主要用于一些形状简单的超高强度钢板、棒材、线材生产(如低温轧制)及其他一些可用轧制、旋压、冲压、拉拔、锻造等最终成形的产品。由于低温形变热处理后的钢材，在较高的温度下仍能保持较高的硬度、高韧性和高强度，所以低温形变热处理还用于各种工具(如高速钢的低温超塑性轧制及形变退火工艺)和兵器(如导弹及火箭的外壳)生产。低温形变等温淬火虽然得到的强度略低于低温形变淬火，但可以得到较高的塑性，适用于热作模具及热作模具钢和其他高强度结构钢制造的小型零件。