定義
工業上應用的碳素鋼碳含量一般不超過1.4%。這是因為含碳量超過此量後，鋼表現出很大的硬脆性，并且加工困難，失去生産和使用價值。碳素鋼按其質量不同可分為普通碳素結構鋼和優質碳素結構鋼二類。優質碳素結構鋼規定硫、磷的允許含量比普通碳素鋼低，所以綜合機械性能比普通碳素鋼好。
分類
1、碳素鋼按化學成分（即以含碳量）可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。
(1)低碳鋼又稱軟鋼,含碳量從0.10％至0.30%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造,焊接和切削,常用於制造鍊條,鉚釘,螺栓,軸等。
(2)中碳鋼碳量0.25％～0.60％的碳素鋼。有鎮靜鋼、半鎮靜鋼、沸騰鋼等多種産品。除碳外還可含有少量錳(0.70％～1.20％)。按産品質量分為普通碳素結構鋼和優質碳素結構鋼。熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。強度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼。可不經熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，亦可經熱處理後使用。
淬火、回火後的中碳鋼具有良好的綜合力學性能。能夠達到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應用，除作為建築材料外，還大量用于制造各種機械零件。
（3）高碳鋼常稱工具鋼,含碳量從0.60%至1.70%,可以淬硬和回火。錘,撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造;切削工具如鑽頭,絲攻,鉸刀等由含碳量0.90%至1.00%的鋼制造。
2、按鋼的品質可分為普通碳素鋼和優質碳素鋼。
（1）普通碳素結構鋼又稱普通碳素鋼，對含碳量、性能範圍以及磷、硫和其他殘餘元素含量的限制較寬。在中國和某些國家根據交貨的保證條件又分為三類：甲類鋼（A類鋼）是保證力學性能的鋼。乙類鋼（B類鋼）是保證化學成分的鋼。特類鋼(C類鋼)是既保證力學性能又保證化學成分的鋼，常用于制造較重要的結構件。中國目前生産和使用最多的是含碳量在0.20％左右的A3鋼(甲類3号鋼)，主要用于工程結構。
有的碳素結構鋼還添加微量的鋁或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒長大，使鋼強化，節約鋼材。在中國和某些國家，為适應專業用鋼的特殊要求，對普通碳素結構鋼的化學成分和性能進行調整，從而發展了一系列普通碳素結構鋼的專業用鋼（如橋梁、建築、鋼筋、壓力容器用鋼等）。
（2）優質碳素結構鋼和普通碳素結構鋼相比,硫、磷及其他非金屬夾雜物的含量較低。根據含碳量和用途的不同,這類鋼大緻又分為三類:
①小于0.25％C為低碳鋼,其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等,由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐……等。20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外,低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機械制造業。
②0.25～0.60％C為中碳鋼,多在調質狀态下使用,制作機械制造工業的零件。
③大于0.6％C為高碳鋼,多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等。根據含錳量的不同,又可分為普通含錳量(0.25～0.8％)和較高含錳量(0.7～1.0％和0.9～1.2％)兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強化鐵素體，提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌号後附加标記“Mn”，如15Mn、20Mn以區别于正常含錳量的碳素鋼。
3、按用途則又可分為碳素結構鋼、碳素工具鋼。
碳素工具鋼含碳量在0.65～1.35％之間，經熱處理後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（見工具鋼）。
碳素結構鋼按照鋼材屈服強度分為5個牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275
每個牌号由于質量不同分為A、B、C、D等級，最多的有四種，有的隻有一；另外還有鋼材冶煉的脫氧方法區别。
脫氧方法符号：
F——沸騰鋼
b——半鎮靜鋼
Z——鎮靜鋼
TZ——特殊鎮靜鋼
制造方法
碳素鋼的冶煉通常在轉爐、平爐中進行。轉爐一般冶煉普通碳素鋼，而平爐可以冶煉各種優質鋼。近年來氧氣頂吹轉爐煉鋼技術發展很快，有趨勢可代替平爐煉鋼。将煉好的鋼液注入鋼錠模，就得到各種鋼錠。鋼錠經過鍛壓或軋制後便加工成各種形狀的鋼材和鍛件。鋼錠經過壓力加工後，能夠改善鋼的内部組織和夾雜物分布，所以同樣成分的鋼材要比鋼錠的性能優越一些。
化學成分
碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀态下，随含碳量的增加，鋼的強度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼，常限制含碳量。碳素鋼中的殘餘元素和雜質元素如錳、矽、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素鋼的性能也有影響。這和影響有時互相加強，有時互相抵銷。
例如：①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而适量的錳可減少或部分抵銷其熱脆性。②殘餘元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。③除硫和氧降低強度外，其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
氫在鋼中能造成很多嚴重缺陷，如産生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區内的裂縫等。為保證鋼的質量，必須盡可能降低鋼中氫的含量（見應力腐蝕斷裂和氫脆）。脫氧帶入的殘餘元素如鋁，可減小低碳鋼的時效傾向，還可以細化晶粒，提高鋼在低溫下的韌性，但餘量不宜過多。由爐料中帶入的殘餘元素如鎳、鉻、钼、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，如深沖用鋼闆，則是不利的。
加工性能
碳素鋼目前大都采用氧氣轉爐和平爐冶煉，優質碳素鋼也采用電弧爐生産。根據煉鋼過程脫氧程度的不同，碳素鋼可分為鎮靜鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鎮靜鋼。冶煉方法對鋼的性能影響，主要是通過鋼的純淨度而起作用的。近年來人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術等，都可獲得更高純淨度的鋼，從而顯著改善了碳素鋼的品質。
碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經過熱加工,鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起來,使鋼的組織緻密。同時，熱加工可破壞鑄态組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄态具有更好的力學性能。經冷加工的鋼,随着冷塑性變形程度增大，強度和硬度增加,塑性和韌性降低。為提高成材率，廣泛應用連續鑄鋼工藝。
時效處理
低碳鋼的時效通常有淬火時效和應變時效兩種，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後性能随時間而變化的現象。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生淬火時效最顯著。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）。
應變時效經冷加工變形後的性能随時間而變化的現象。碳和氮對應變時效的影響，與對淬火時效的影響相似，磷也促進應變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點，随時間的延長而逐漸恢複。應變時效比淬火時效更為複雜。如鋼材經淬火後再進行冷加工，無論在室溫或稍高溫度下，均将加速其應變時效。
碳素鋼的時效常給工業生産帶來很大危害，例如沸騰鋼焊接後，由于時效使焊接接頭熱影響區出現細小裂紋，嚴重影響焊接結構的安全性。但由于近代冶金技術的發展，和在工業生産中的應用，尤其是氧氣轉爐煉鋼能獲得更低的氮、氧含量，因此時效問題有所減輕。
用途
Q195用于制造承載較小的零件、鐵絲、鐵圈、墊鐵、開口銷、拉杆、沖壓件以及焊接件等。
Q215A用于制造拉杆、套圈、墊圈、滲圈、滲碳零件以及焊接件等。
Q235AA、B級用于制造金屬結構件、心部強度要求不高的滲碳件或碳氮共滲件、拉杆、連杆、吊鈎、車鈎、螺栓、螺母、套筒、軸以及接件；C、D級用于制造重要的焊接結構件。
Q255A用于制造轉軸、心軸、吊鈎、拉杆、搖杆、楔等強度要求不高的零件。此負焊接性尚可。
Q275用于制造軸類、鍊輪、齒輪、吊鈎等強度要求高的零件。
相關産品的激光焊接
1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接。總的說，碳鋼激光焊接效果良好，其焊接質量取決于雜質含量。就象其它焊接工藝一樣，硫和磷是産生焊接裂紋的敏感因素。為了獲得滿意的焊接質量，碳含量超過0。25時需要預熱。當不同含碳量的鋼相互焊接時，焊炬可稍偏向低碳材料一邊，以确保接頭質量。
低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高，并不适合激光焊接。低碳鎮靜鋼由于低的雜質含量，焊接效果就很好。
中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進行良好的激光焊接，但需要預熱和焊後處理，以消除應力，避免裂紋形成。
2、不鏽鋼的激光焊接。
一般的情況下，不鏽鋼激光焊接比常規焊接更易于獲得優質接頭。由于高的焊接速度熱影響區很小，敏化不成為重要問題。與碳鋼相比，不鏽鋼低的熱導系數更易于獲得深熔窄焊縫。
3、不同金屬之間的激光焊接。
激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區，為許多不同金屬焊接融化後有不同結構的材料相容創造了有利條件。現已證明以下金屬可以順利進行激光深熔焊接：不鏽鋼~低碳鋼，416不鏽鋼~310不鏽鋼，347不鏽鋼~HASTALLY鎳合金，鎳電極~冷鍛鋼，不同鎳含量的雙金屬帶。
