碳素鋼有各種分類方法，如按化學成分（即以含碳量）可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。按鋼的品質可分為普通碳素鋼和優(yōu)質碳素鋼。按用途則又可分為碳素結構鋼、碳素工具鋼。此外，還可以按冶煉方法和所保證的性能要求等來進行分類。

普通碳素結構鋼又稱普通碳素鋼，對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其它殘余元素含量的限制較寬。在中國和某些國家根據(jù)交貨的保證條件又分為三類：甲類鋼（A類鋼）是保證力學性能的鋼。乙類鋼（B類鋼）是保證化學成分的鋼。特類鋼（C類鋼）是既保證力學性能又保證化學成分的鋼，常用于制造較重要的結構件。中國生產和使用多的是含碳量在0.20%左右的A3鋼（甲類3號鋼），主要用于工程結構。

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，作為鑄鐵和碳鋼的黃金分割點。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。

按鑄鐵中存在形式分類

根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式不同鑄鐵可分為：白口鑄鐵（絕大部分碳以滲碳體形式存在于鑄鐵中）、灰口鑄鐵（絕大部分碳以片狀石墨形式存在）、可鍛鑄鐵（由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火制成，其中碳以團絮狀石墨形式存在）和球墨鑄鐵（在澆注前經(jīng)球化處理，碳以球狀或團狀石墨存在。

碳素鋼的塑性加工工藝通常分熱加工和冷加工。經(jīng)過熱加工，鋼錠中的小氣泡、疏松等缺陷被焊合起來，使鋼的組織致密。同時，熱加工可破壞鑄態(tài)組織、細化晶粒。使鍛軋的鋼材比鑄態(tài)具有更好的力學性能。經(jīng)冷加工的鋼，隨著冷塑性變形程度增大，強度和硬度增加，塑性和韌性降低。為提高成材率，廣泛應用連續(xù)鑄鋼工藝。