碳钢也叫碳素钢，主要指碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢。 碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 工业上应用的碳素钢碳含量一般不超过1.4%。这是因为含碳量超过此量后，钢表 现出很大的硬脆性，并且加工困难，失去生产和使用价值。碳素钢按其质量不同可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢二类。优质碳素结构钢规定硫、磷的允许含量比普通碳素钢低 ，所以综合机械性能比普通碳素钢好。
1、碳素钢按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
(1) 低碳钢
又称软钢, 含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。
(2) 中碳钢
碳量0.25％～0.60％的碳素钢。有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰(0.70％～1.20％)。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为 HRC55(HB538)，σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。
（3）高碳钢
常称工具钢 , 含碳量从0.60%至1.70%, 可以淬硬和回火。锤, 撬棍等由含碳量0.75%的钢制造; 切削工具如钻头, 丝攻, 铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。
2、按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。
（1）普通碳素结构钢 又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（B类钢）是保证化学成分的钢。特类钢 (C类钢)是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和使用最多的是含碳量在0.20％左右的A3钢(甲类3号钢)，主要用于工程结构。
有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。
（2）优质碳素结构钢 和普通碳素结构钢相比,硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。根据含碳量和用途的不同,这类钢大致又分为三类:①小于0.25％C为低碳钢,其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等,由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。20G则是制造普通锅炉的主要材料。此外,低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业。②0.25～0.60％C为中碳钢,多在调质状态下使用,制作机械制造工业的零件。③大于0.6％C为高碳钢,多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。根据含锰量的不同,又可分为普通含锰量(0.25～0.8％)和较高含锰量(0.7～1.0％和0.9～1.2％)两钢组。锰能改善钢的淬透性，强化铁素体，提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性。通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”，如15Mn、20Mn以区别于正常含锰量的碳素钢。
3、按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。
碳素工具钢 含碳量在0.65～1.35％之间，经热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具。
碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢，常限制含碳量。 碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。这和影响有时互相加强，有时互相抵销。例如：①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。③除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。
氢在钢中能造成很多严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。为保证钢的质量，必须尽可能降低钢中氢的含量（见应力腐蚀断裂和氢脆）。脱氧带入的残余元素如铝，可减小低碳钢的时效倾向，还可以细化晶粒，提高钢在低温下的韧性，但余量不宜过多。由炉料中带入的残余元素如镍、铬、钼、铜等，含量高时可提高钢的淬透性，但对要求具有高塑性的专用钢，如深冲用钢板，则是不利的。
碳素钢目前大都采用氧气转炉和平炉冶炼，优质碳素钢也采用电弧炉生产。根据炼钢过程脱氧程度的不同，碳素钢可分为镇静钢、沸腾钢和介于两者之间的半镇静钢。冶炼方法对钢的性能影响，主要是通过钢的纯净度而起作用的。近年来人们通过真空处理、炉外精炼和喷吹技术等，都可获得更高纯净度的钢，从而显著改善了碳素钢的品质。
碳素钢的塑性加工工艺通常分热加工和冷加工。经过热加工,钢锭中的小气泡、疏松等缺陷被焊合起来,使钢的组织致密。同时，热加工可破坏铸态组织、细化晶粒。使锻轧的钢材比铸态具有更好的力学性能。经冷加工的钢,随着冷塑性变形程度增大，强度和硬度增加,塑性和韧性降低。为提高成材率，广泛应用连续铸钢工艺。
