本发明公开了一种低碳合金钢及其制备方法和应用，涉及工程结构材料技术领域。该低碳合金钢的制备方法包括将合金熔体在压力作用下冲击至放置于真空腔体内的运动冷却装置上形成铸坯，将铸坯经固溶处理和热轧处理，热轧结束后水淬至600‑650℃直接进行炉内保温1‑2h，然后随炉冷却。本申请通过熔体冲击法和运动冷却装置实现了铸锭先奥氏体晶粒细小，组织均匀。后续的控轧控冷工艺进一步细化晶粒，实现贝氏体和马氏体板条细小，获得更大的位错密度。炉内保温有助于去除轧制变形过程的热残余应力，促使细小碳化物在板条内部析出。因此，保证了低碳低合金钢具有优异的强度和冲击韧性，其应用广泛。