碳鋼是一種碳含量從約 0.05 到 2.1 重量百分比的鋼。 美國鋼鐵協會 (AISI) 對碳鋼的定義指出：

• 對于鉻、鈷、鉬、鎳、鈮、鈦、鎢、釩、鋯或要添加以獲得所需合金化效果的任何其他元素，沒有規定或要求最低含量；
• 銅的規定最低含量不超過 0.40%；
• 或為以下任何元素指定的xxx含量不超過注明的百分比：錳 1.65%； 硅 0.60%； 銅 0.60%。

術語碳鋼也可用于指代非不銹鋼的鋼； 在這種用途中，碳鋼可能包括合金鋼。 高碳鋼有許多不同的用途，如銑床、切削工具（如鑿子）和高強度鋼絲。 這些應用需要更精細的微觀結構，從而提高韌性。

碳鋼是一種流行的制刀金屬選擇，因為它含有大量的碳，使刀片具有更好的邊緣保持力。 為了充分利用這種鋼材，對其進行適當的熱處理非常重要。 否則，這把刀最終可能會變脆，或者太軟而無法握住刀刃。

隨著含碳量的增加，鋼有能力通過熱處理變得更硬、更堅固； 但是，它的延展性會降低。 無論熱處理如何，較高的碳含量都會降低可焊性。 在碳鋼中，較高的碳含量會降低熔點。

低碳鋼（含少量碳的鐵，堅韌但不易回火），也稱為普碳鋼和低碳鋼，是現在最常見的鋼材，因為它的價格相對較低，同時提供 許多應用程序可接受的材料特性。 低碳鋼含有大約 0.05–0.30% 的碳，使其具有延展性和延展性。 低碳鋼的抗拉強度相對較低，但價格便宜且易于成型。 滲碳可以提高表面硬度。

在使用大橫截面來最小化撓度的應用中，屈服失效不是風險，因此低碳鋼是最佳選擇，例如結構鋼。 低碳鋼的密度約為 7.85 g/cm3（7850 kg/m3 或 0.284 lb/in3），楊氏模量為 200 GPa (29×106 psi)。

低碳鋼顯示屈服點跳動，其中材料有兩個屈服點。 xxx個屈服點（或上屈服點）高于第二個并且在上屈服點之后產量急劇下降。 如果低碳鋼僅受力到上下屈服點之間的某個點，則表面會形成呂德帶。 低碳鋼比其他鋼含有更少的碳，并且更容易冷成型，因此更易于處理。 低碳鋼的典型應用是汽車零件、管道、建筑和食品罐頭。

高強度鋼是低碳鋼，或處于中碳范圍較低端的鋼，它們含有額外的合金成分，以提高其強度、耐磨性能或特別是抗拉強度。 這些合金成分包括鉻、鉬、硅、錳、鎳和釩。 磷和硫等雜質的xxx允許含量受到限制。

可以成功進行熱處理的碳鋼的碳含量在 0.30–1.70% 的重量范圍內。 各種其他元素的微量雜質會顯著影響所得鋼材的質量。 特別是微量的硫會使鋼變紅，即在工作溫度下變脆易碎。 低合金碳鋼，如 A36 級，含有約 0.05% 的硫，熔化溫度約為 1,426–1,538 °C (2,600–2,800 °F)。 通常添加錳以提高低碳鋼的淬透性。

根據某些定義，這些添加將材料變成低合金鋼，但 AISI 對碳鋼的定義允許按重量計最多 1.65% 的錳。有兩種類型的高碳鋼，即高碳鋼和超高碳鋼 碳素鋼。 之所以限制使用高碳鋼，是因為它的延展性和焊接性極差，生產成本較高。 最適合高碳鋼的應用是彈簧工業、農業工業和各種高強度鋼絲的生產。

碳鋼根據含碳量分為四類：

0.05 至 0.15% 的碳（普通碳鋼）含量。