含碳量小于2.11%，除鐵、碳和限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金元素的鐵碳合金。工業(yè)用碳鋼的含碳量一般為0.05%~1.35%。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。與其他鋼類相比，碳素鋼使用早，成本低，性能范圍寬 ，用量。適用于公稱壓力PN≤32.0MPa，溫度為-30-425℃的水、蒸汽、空氣、氫、氨、氮及石油制品等介質(zhì)。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優(yōu)質(zhì)鋼20、25、30及低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn。

碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯組織。在退火或熱軋狀態(tài)下，隨含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降(見圖)。焊接性和冷彎性變差。所以工程結(jié)構(gòu)用鋼，常限制含碳量。 碳素鋼中的殘余元素和雜質(zhì)元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時互相加強(qiáng)，有時互相抵銷。例如:①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而適量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。除硫和氧降低強(qiáng)度外，其他雜質(zhì)元素均在不同程度上提高鋼的強(qiáng)度。幾乎所有的雜質(zhì)元素都能降低鋼的塑性和焊接性。

氫在鋼中能造成很多嚴(yán)重缺陷，如產(chǎn)生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂縫等。為保證鋼的質(zhì)量，必須盡可能降低鋼中氫的含量(見應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆)。脫氧帶入的殘余元素如鋁，可減小低碳鋼的時效傾向，還可以細(xì)化晶粒，提高鋼在低溫下的韌性，但余量不宜過多。由爐料中帶入的殘余元素如鎳、鉻、鉬、銅等，含量高時可提高鋼的淬透性，但對要求具有高塑性的專用鋼，如深沖用鋼板，則是不利的。

低碳鋼的時效通常有淬火時效和應(yīng)變時效兩種，都是由間隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。
淬火時效 即鋼由高溫快速冷卻后性能隨時間而變化的現(xiàn)象。鋼中含碳量、脫氧程度和含氮量對淬火時效都有很大影響。低碳鋼、脫氧不充分的沸騰鋼和含氮量較高的鋼發(fā)生淬火時效顯著。含碳約0.3%的中碳鋼，由淬火時效所引起的性能變化已大為減弱。含碳約0.6%的高碳鋼，實際上不起時效硬化作用(見金屬熱處理)。
應(yīng)變時效 經(jīng)冷加工變形后的性能隨時間而變化的現(xiàn)象。碳和氮對應(yīng)變時效的影響，與對淬火時效的影響相似，磷也促進(jìn)應(yīng)變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點，隨時間的延長而逐漸恢復(fù)。應(yīng)變時效比淬火時效更為復(fù)雜。如鋼材經(jīng)淬火后再進(jìn)行冷加工，無論在室溫或稍高溫度下，均將加速其應(yīng)變時效。

碳素鋼的品種主要有圓鋼、扁鋼、方鋼等。經(jīng)冷、熱加工后鋼材，碳素鋼按化學(xué)成分（即以含碳量）可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，含碳量小于2.11%，除鐵、碳和限量以內(nèi)的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金元素的鐵碳合金叫碳素鋼，碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。常用牌號20﹟、25﹟、Q235、45﹟及低合金結(jié)構(gòu)鋼。按用途則又可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼。碳素工具鋼 含碳量在0.65～1.35%之間，經(jīng)熱處理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各種工具、刃具、模具和量具，碳素結(jié)構(gòu)鋼分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機(jī)械零件和一般焊接件。