含碳量小于2.11%，除鐵、碳和限量以內的硅、錳、磷、硫等雜質外，不含其他合金元素的鐵碳合金。工業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。常用牌號有WC1、WCB、ZG25及優質鋼20、25、30及低合金結構鋼16Mn。

碳素鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯組織。在退火或熱軋狀態下，隨含碳量的增加，鋼的強度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降(見圖)。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼，常限制含碳量。 碳素鋼中的殘余元素和雜質元素如錳、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，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。除硫和氧降低強度外，其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。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，如產生白點、點狀偏析、氫脆、表面鼓泡和焊縫熱影響區內的裂縫等。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)。脫氧帶入的殘余元素如鋁，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。