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1.按化学成分分类
碳素钢按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
(1) 低碳钢
又称软钢，含碳量从0.10%至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造，焊接和切削，常用於制造链条，铆钉，螺栓，轴等。
(2) 中碳钢
碳量0.25%～0.60%的碳素钢。有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰（0.70%～1.20%）。按产品质量分为普通碳素结构钢和碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的高硬度约为hrc55(hb538），σb为600～1100mpa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。
（3）高碳钢
常称工具钢，含碳量从0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造；切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90%至1.00% 的钢制造。
2.按钢的品质分类
按钢的品质可分为普通碳素钢和碳素钢。
（1）普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（a类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（b类钢）是保证化学成分的钢。特类钢(c类钢）是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和使用多的是含碳量在0.20%左右的a3钢（甲类3号钢），主要用于工程结构。
有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。
（2）碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类：①小于0.25%c为低碳钢，其中尤以含碳低于0.10%的08f,08al等，由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。20g则是制造普通锅炉的主要材料。此外，低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业。②0.25～0.60%c为中碳钢，多在调质状态下使用，制作机械制造工业的零件。③大于0.6%c为高碳钢，多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。根据含锰量的不同，又可分为普通含锰量（0.25～0.8%）和较高含锰量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）两钢组。锰能改善钢的淬透性，强化铁素体，提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性。通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“mn”，如15mn、20mn以区别于正常含锰量的碳素钢。
3.按用途分类
按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。
碳素工具钢含碳量在0.65～1.35%之间，经热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具（见工具钢）。
碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号：
q195、q215、q235、q255、q275
每个牌号由于质量不同分为a、b、c、d等级，多的有四种，有的只有一；另外还有钢材冶炼的脱氧方法区别。
脱氧方法符号：
f——沸腾钢
b——半镇静钢
z——镇静钢