فولاد کربنی یک آلیاژ آهنی است که حاوی کربن است که معمولاً بین 0.0218٪ تا 2.19٪ است. به طور کلی حاوی مقادیری از سیلیکون، منگنز، گوگرد و فسفر است. هرچه میزان کربن در فولاد کربنی بیشتر باشد، سختی و استحکام آن بیشتر می‌شود، اما انعطاف‌پذیری آن کمتر می‌شود.
راه‌های مختلفی برای طبقه‌بندی فولاد کربنی وجود دارد. با توجه به مقدار کربن موجود در فولاد کربنی، می‌توان آن را به سه دسته تقسیم کرد: فولاد کم کربن، فولاد کربن متوسط و فولاد پر کربن.
فولاد کم کربن فولاد کربنی است که میزان کربن آن کمتر از 0.25٪ است. به دلیل استحکام کم، سختی کم و نرمی، به آن فولاد ملایم نیز می‌گویند. این فولاد شامل اکثر فولادهای ساختاری کربنی معمولی و برخی از فولادهای ساختاری کربنی با کیفیت بالا است. بیشتر آنها برای قطعات ساختاری مهندسی بدون عملیات حرارتی استفاده می‌شوند و برخی دیگر برای قطعات مکانیکی که پس از کربوراسیون و سایر عملیات حرارتی نیاز به مقاومت در برابر سایش دارند، استفاده می‌شوند. ساختار آنیل شده فولاد کم کربن، فریت و مقدار کمی پرلیت است. بنابراین، شکل‌پذیری سرد خوبی دارد و می‌تواند با روش‌های خم‌کاری، مهرزنی و سایر روش‌ها به صورت سرد شکل داده شود. این فولاد جوش‌پذیری خوبی دارد. فولاد کم کربن با محتوای کربن کم، سختی بسیار کمی دارد و ماشین‌کاری آن آسان نیست. عملیات کوئنچ می‌تواند ماشین‌کاری آن را بهبود بخشد. فولادهای کم کربن به طور کلی شامل ورق فولادی، فولاد ساختمانی و فولاد ساختمانی هستند و همچنین می‌توان از آنها برای ساخت قطعات مکانیکی با الزامات استحکام متفاوت استفاده کرد. یک نکته قابل توجه این است که فولاد کم کربن معمولاً قبل از استفاده تحت عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرد.
فولاد کربن متوسط، فولاد کربنی است که میزان کربن آن بین 0.25٪ تا 0.60٪ است. فولاد کربن متوسط بر اساس کیفیت محصول به فولاد ساختاری کربنی معمولی و فولاد ساختاری کربنی با کیفیت بالا تقسیم می‌شود. آنها خواص کار گرم و برش خوبی دارند، اگرچه خواص جوشکاری آنها تا حدودی ضعیف است. فولاد کربن متوسط نسبت به فولاد کم کربن استحکام و سختی بیشتری دارد، اما انعطاف‌پذیری و چقرمگی آن نسبتاً کمتر است. این نوع فولاد می‌تواند مستقیماً به عنوان فولاد نورد گرم یا کشیده سرد استفاده شود، یا می‌توان از آن پس از عملیات حرارتی برای بهینه سازی خواص آن استفاده کرد. فولاد کربن متوسط به طور کلی شامل فولاد شمش، فولاد نیمه شمش، فولاد بیلت و میله‌های فولادی است. فولاد کربن متوسط معمولاً کوئنچ و تمپر می‌شود و خواص مکانیکی جامع خوبی دارد. بنابراین، کاربردهای گسترده‌ای با سطوح استحکام متوسط دارد، فولاد کربن متوسط بیشترین استفاده را دارد. علاوه بر استفاده به عنوان مصالح ساختمانی، در ساخت قطعات مکانیکی مختلف نیز کاربرد گسترده‌ای دارد.
فولاد پر کربن اغلب به عنوان فولاد ابزار نامیده می‌شود و میزان کربن آن بین 0.60٪ تا 1.70٪ است. به دلیل سختی و استحکام استثنایی آن، فولاد پر کربن اغلب برای ساخت ابزارهایی مانند چکش و دیلم و همچنین ابزارهای برش مانند مته، قلاویز و برقو استفاده می‌شود. با این حال، باید توجه داشت که عملکرد جوشکاری فولاد پر کربن نسبتاً ضعیف است. به دلیل هدایت حرارتی ضعیف، اختلاف دمای قابل توجهی رخ می‌دهد که منجر به ترک‌های سرد می‌شود. بنابراین، در هنگام جوشکاری، تنش‌های داخلی باعث ایجاد ترک می‌شوند. در عین حال، فولاد پر کربن نسبت به کوئنچ حساس‌تر است و ساختار مارتنزیتی به راحتی در ناحیه نزدیک به درز جوش ایجاد می‌شود. باید پس از جوشکاری تمپر شود تا تنش‌ها از بین بروند، ساختار تثبیت شود، از ترک خوردن جلوگیری شود و عملکرد جوش بهبود یابد.
فولاد پر کربن، با محتوای کربن بالاتر، سختی و استحکام بیشتری دارد، اما شکننده‌تر نیز هست. فولاد پر کربن، فولاد کربن متوسط و فولاد کم کربن، چقرمگی و انعطاف‌پذیری خوبی دارند و برای ساخت قطعات مکانیکی مختلف مناسب هستند. بنابراین، در کاربردهای عملی، مواد فولادی کربنی مناسب باید بر اساس الزامات خاص مواد و ویژگی‌های فرآیند انتخاب شوند. در مهندسی عملی، انتخاب مواد مناسب برای اطمینان از عملکرد و طول عمر محصولات بسیار مهم است. برای قطعات با تقاضای بالا، فولاد کربنی باید بر اساس خواص مکانیکی و عمر سرویس آنها انتخاب شود. درک ویژگی‌ها و استانداردهای طبقه‌بندی سه نوع فولاد کربنی برای انتخاب منطقی مواد و بهبود کیفیت محصول اهمیت زیادی دارد. به طور کلی، فولاد پر کربن، فولاد کربن متوسط و فولاد کم کربن سه نوع رایج از مواد آلیاژی فولادی هستند. انتخاب مواد فولادی کربنی مناسب برای عملکرد و کیفیت محصولات بسیار مهم است.