Duritatea oțelului carbon poate fi afectată de o serie de factori diferiți, inclusiv contactul cu carbonul, cantitatea și tipul altor elemente din aliaj și procesele specifice utilizate pentru a crea oțelul. Oțelul cu conținut scăzut de carbon, care conține între 0.05 și 0.25% carbon, este de obicei cea mai moale varietate, deși poate fi întărit printr-un proces cunoscut sub numele de cementare. Oțelul cu conținut ridicat de carbon, care poate consta din până la 2% carbon, este de obicei cel mai dur tip, deși duritatea finală a fiecărui produs este, de asemenea, determinată de diferite procese de tratament termic. Procesele de călire pot crește duritatea oțelului carbon cu un factor de aproximativ patru, deși călirea ulterioară scade de obicei duritatea.
Oțelul carbon este un aliaj care constă în principal din fier și carbon. Pot fi prezente și alte elemente, de obicei în cantități foarte mici. Există câteva definiții diferite a ceea ce reprezintă exact oțelul carbon, deși elemente precum siliciul și cuprul reprezintă de obicei mai puțin de 0.6% din diferitele aliaje. Unele aliaje de oțel carbon pot avea, de asemenea, până la 1.6% din elemente, cum ar fi manganul. Deoarece există o serie de aliaje diferite care sunt denumite în mod obișnuit oțel carbon, fiecare tip tinde să aibă o duritate diferită.
Factorul principal care afectează duritatea oțelului carbon este cantitatea de carbon prezentă în aliaj. Oțelurile cu conținut scăzut de carbon tind să fie cele mai moi, în timp ce oțelurile cu conținut ridicat de carbon pot fi destul de dure și casante. De asemenea, este posibilă modificarea caracteristicilor fizice ale oțelului carbon prin diferite tratamente, fie pentru a crește, fie pentru a reduce duritatea.
Chiar dacă oțelul cu conținut scăzut de carbon este relativ moale, un proces cunoscut sub numele de carburare poate face ca acesta să devină mai greu. Acest proces de tratament termic face ca aliajul să absoarbă carbon suplimentar din surse solide, lichide și gazoase, cum ar fi cărbunele și monoxidul de carbon. Carbonul este de obicei absorbit numai în suprafața metalului, ceea ce are ca rezultat un strat exterior întărit și un miez mai moale, ductil.
Oțelurile carbon cu conținut ridicat tind să fie foarte greu de început, dar procesele de călire le pot face și mai dificile. Totuși, dacă un aliaj de oțel carbon este prea dur, va fi, de obicei, și destul de fragil. Unele aliaje excepțional de dure sunt de fapt supuse proceselor de călire și revenire care pot reduce duritatea oțelului carbon și pot crește ductilitatea. Alte procese, cum ar fi recoacerea, pot de asemenea să crească eficient ductilitatea și să scadă duritatea totală a oțelului.