鐵碳合金，是以鐵和碳為組元的二元合金。鐵基材料中應(yīng)用多的一類——碳鋼和鑄鐵，就是一種工業(yè)鐵碳合金材料。鋼鐵材料適用范圍廣闊的原因，首先在于可用的成分跨度大，從近于無碳的工業(yè)純鐵到含碳4%左右的鑄鐵，在此范圍內(nèi)合金的相結(jié)構(gòu)和微觀組織都發(fā)生很大的變化；另外，還在于可采用各種熱加工工藝，尤其金屬熱處理技術(shù)，大幅度地改變某一成分合金的組織和性能。

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（見工具鋼）。

含碳量在2.11%時(shí)，作為鑄鐵和碳鋼的黃金分割點(diǎn)。碳含量在2.11%之前為碳鋼。碳含量在2.11%之后為鑄鐵。而碳含量在0.0218%至0.77%之間稱為亞共析鋼，0.77%至2.11%之間稱為過共析鋼。含碳量為0.77%為共析鋼。碳含量在2.11%至4.3%，稱為亞共晶白口鑄鐵，碳含量在4.3%至6.69%之間稱為過共晶白口鑄鐵。碳含量在4.3%為共晶白口鑄鐵。

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。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(duì)碳素鋼的性能也有影響。這和影響有時(shí)互相加強(qiáng)，有時(shí)互相抵銷。例如：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。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，其它雜質(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。

冶煉、加工對(duì)碳素鋼性能的影響碳素鋼大都采用氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐冶煉，優(yōu)質(zhì)碳素鋼也采用電弧爐生產(chǎn)。根據(jù)煉鋼過程脫氧程度的不同，碳素鋼可分為鋼、沸騰鋼和介于兩者之間的半鋼。冶煉方法對(duì)鋼的性能影響，主要是通過鋼的純凈度而起作用的。近年來人們通過真空處理、爐外精煉和噴吹技術(shù)等，都可獲得更高純凈度的鋼，從而顯著改善了碳素鋼的品質(zhì)。