Ο ανθρακούχο χάλυβας είναι ένα κράμα μετάλλων που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα του συνδυασμού σιδήρου και άνθρακα. Ο χάλυβας συνήθως θεωρείται ανθρακούχο χάλυβας όταν οι αναλογίες άλλων ιχνοστοιχείων σε αυτόν δεν υπερβαίνουν ορισμένα ποσοστά. Τα μέγιστα ποσοστά είναι συνήθως 1.65 τοις εκατό για το μαγγάνιο και 0.6 τοις εκατό για τον χαλκό και το πυρίτιο. Το ποσοστό χαλκού πρέπει να είναι τουλάχιστον 0.4 τοις εκατό. Ο χάλυβας που περιέχει επίσης υψηλότερες ή καθορισμένες ποσότητες άλλων στοιχείων, όπως νικέλιο, χρώμιο ή βανάδιο, ονομάζεται κράμα χάλυβα.
Οι κατασκευαστές προσθέτουν άνθρακα στο σίδηρο για να στερεοποιήσουν τις δομές σε αυτό και να ενισχύσουν το μέταλλο που προκύπτει. Είναι ένα από τα πιο οικονομικά οικονομικά υλικά κράματος και η αλλαγή της ποσότητας άνθρακα αλλάζει τις ιδιότητες του χάλυβα. Οι ανθρακούχες χάλυβες μπορούν να ταξινομηθούν σε χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, χάλυβες μεσαίας περιεκτικότητας σε άνθρακα, χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και χάλυβες εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.
Οι χάλυβες με πολύ χαμηλές ποσότητες άνθρακα, περίπου 0.05 τοις εκατό έως 0.3 τοις εκατό, ονομάζονται χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και είναι παρόμοιοι με τον σίδηρο. Είναι πολύ όλκιμο, γεγονός που τα καθιστά δύσκολο στη μηχανή. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ελασματοποιημένων φύλλων ή ταινιών χάλυβα που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία πλοίων, προϊόντων σύρματος, αμαξωμάτων αυτοκινήτων, οικιακών συσκευών, πλακών από κασσίτερο και άλλα. Οι χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι φθηνότεροι, αλλά δεν μπορούν να αλλοιωθούν με θερμική επεξεργασία, γι’ αυτό και χρησιμοποιούνται γενικά για σκοπούς κατασκευής και επένδυσης.
Η αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα καθιστά τον ανθρακούχο χάλυβα σκληρότερο και ισχυρότερο, αλλά μειώνει τη συγκολλησιμότητα και την ολκιμότητα του χάλυβα και καθιστά τον χάλυβα πιο εύθραυστο. Οι κατασκευαστές προσθέτουν επίσης ίχνη άλλων υλικών κραμάτων στον ανθρακούχο χάλυβα που δεν επηρεάζουν τις ιδιότητες του χάλυβα, αλλά τους επιτρέπουν να ελέγχουν ορισμένες ποιότητες του χάλυβα. Μεταξύ των ποιοτήτων που επηρεάζονται είναι η ελαστικότητα, η αντοχή και η σκληρότητα του χάλυβα.
Οι χάλυβες μεσαίου άνθρακα έχουν υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα από περίπου 0.3% έως 0.6%. Αυτά είναι ευκολότερα στη μηχανική επεξεργασία και ορισμένοι κατασκευαστές προσθέτουν λίγο πυρίτιο και μαγγάνιο στον χάλυβα για να βελτιώσουν την ποιότητά του. Αυτοί οι χάλυβες εξακολουθούν να είναι φθηνοί και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αντικειμένων όπως άξονες, γρανάζια, άξονες, σιδηροτροχιές, αγωγούς και συνδέσμους.
Οι χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι πολύ δύσκολο να συγκολληθούν επειδή περιέχουν άνθρακα στην περιοχή από 0.6 τοις εκατό έως 1.0 τοις εκατό. Έχουν επίσης υψηλότερες αναλογίες μαγγανίου, το οποίο προστίθεται για να αυξήσει τη σκληρυνσιμότητα του χάλυβα. Ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι πολύ ευαίσθητος στη θερμότητα και σκληραίνει εύκολα στη φλόγα, γεγονός που του επιτρέπει να επεξεργαστεί σε πολλές διαφορετικές μορφές. Οι χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα έχουν μεγαλύτερη αντοχή σε εφελκυσμό και χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία προϊόντων όπως κοπτικά εργαλεία, λεπίδες, ελατήρια και σύρματα υψηλής αντοχής.
Οι χάλυβες εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα διαθέτουν άνθρακα στην περιοχή από 1.25 τοις εκατό έως 2.0 τοις εκατό. Δεν είναι δυνατή η κρύα επεξεργασία αυτού του τύπου ανθρακούχου χάλυβα, επειδή είναι αρκετά εύθραυστο. Οι χάλυβες εξαιρετικά υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εξαρτημάτων που απαιτούν εξαιρετική σκληρότητα, όπως λεπίδες, εργαλεία κοπής και μεγάλα εξαρτήματα. Είναι πολύ ευαίσθητα στη θερμότητα και διαθέτουν καλή μηχανική ικανότητα και ανώτερη αντοχή στη φθορά.