Η σκληρότητα του ανθρακούχου χάλυβα μπορεί να επηρεαστεί από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της επαφής με τον άνθρακα, της ποσότητας και του τύπου άλλων στοιχείων στο κράμα και των ειδικών διεργασιών που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία του χάλυβα. Ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, ο οποίος περιέχει μεταξύ 0.05 και 0.25% άνθρακα, είναι συνήθως η πιο μαλακή ποικιλία, αν και μπορεί να σκληρυνθεί μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ενανθράκωσης. Ο χάλυβας εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, ο οποίος μπορεί να αποτελείται από έως και 2% άνθρακα, είναι συνήθως ο πιο σκληρός τύπος, αν και η τελική σκληρότητα κάθε προϊόντος καθορίζεται επίσης από διάφορες διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας. Οι διαδικασίες σβέσης μπορούν να αυξήσουν τη σκληρότητα του ανθρακούχου χάλυβα κατά περίπου τέσσερα, αν και η επακόλουθη σκλήρυνση τυπικά μειώνει τη σκληρότητα.
Ο ανθρακούχο χάλυβας είναι ένα κράμα που αποτελείται κυρίως από σίδηρο και άνθρακα. Μπορεί να υπάρχουν και άλλα στοιχεία, συνήθως σε πολύ μικρές ποσότητες. Υπάρχουν μερικοί διαφορετικοί ορισμοί για το τι ακριβώς συνιστά ανθρακούχο χάλυβα, αν και στοιχεία όπως το πυρίτιο και ο χαλκός αντιπροσωπεύουν συνήθως λιγότερο από το 0.6% των διαφόρων κραμάτων. Ορισμένα κράματα ανθρακούχου χάλυβα μπορούν επίσης να έχουν έως και 1.6% στοιχεία όπως το μαγγάνιο. Δεδομένου ότι υπάρχει ένας αριθμός διαφορετικών κραμάτων που όλα αναφέρονται συνήθως ως ανθρακούχο χάλυβας, κάθε τύπος τείνει να έχει διαφορετική σκληρότητα.
Ο πρωταρχικός παράγοντας που επηρεάζει τη σκληρότητα του ανθρακούχου χάλυβα είναι η ποσότητα άνθρακα που υπάρχει στο κράμα. Οι χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα τείνουν να είναι οι πιο μαλακοί, ενώ οι χάλυβες εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα μπορεί να είναι αρκετά σκληροί και εύθραυστοι. Είναι επίσης δυνατή η αλλαγή των φυσικών χαρακτηριστικών του ανθρακούχου χάλυβα μέσω διαφόρων επεξεργασιών, είτε για αύξηση είτε για μείωση της σκληρότητας.
Παρόλο που ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι σχετικά μαλακός, μια διαδικασία γνωστή ως ενανθράκωση μπορεί να τον κάνει πιο σκληρό. Αυτή η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας προκαλεί στην πραγματικότητα το κράμα να απορροφά επιπλέον άνθρακα από στερεές, υγρές και αέριες πηγές όπως ο άνθρακας και το μονοξείδιο του άνθρακα. Ο άνθρακας συνήθως απορροφάται μόνο στην επιφάνεια του μετάλλου, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα ένα σκληρυμένο εξωτερικό στρώμα και έναν μαλακότερο, όλκιμο πυρήνα.
Οι χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα τείνουν να είναι πολύ δύσκολοι στην αρχή, αλλά οι διαδικασίες σβέσης μπορούν να τους καταστήσουν ακόμη πιο δύσκολους. Αν όμως ένα κράμα ανθρακούχου χάλυβα είναι πολύ σκληρό, συνήθως θα είναι επίσης αρκετά εύθραυστο. Ορισμένα εξαιρετικά σκληρά κράματα υποβάλλονται στην πραγματικότητα σε διαδικασίες σβέσης και σκλήρυνσης που μπορούν να μειώσουν τη σκληρότητα του ανθρακούχου χάλυβα και να αυξήσουν την ολκιμότητα. Άλλες διαδικασίες, όπως η ανόπτηση, μπορούν επίσης να αυξήσουν αποτελεσματικά την ολκιμότητα και να μειώσουν τη συνολική σκληρότητα του χάλυβα.