低碳鋼(mild steel)為碳含量低于0.25%的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結構鋼和一部分優質碳素結構鋼，大多不經熱處理用于工程結構件，有的經滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機械零件。低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好，可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進行冷成形。這種鋼還具有良好的焊接性。含碳量從0.10%至0.30%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削， 常用于制造鏈條， 鉚釘， 螺栓， 軸等。
低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進行冷成形。這種鋼材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳鋼硬度很低，切削加工性不佳，正火處理可以改善其切削加工性。
低碳鋼有較大的時效傾向，既有淬火時效傾向，還有形變時效傾向。當鋼從高溫較快冷卻時，鐵素體中碳、氮處于過飽和狀態，它在常溫也能緩慢地形成鐵的碳氮物，因而鋼的強度和硬度提高，而塑性和韌性降低，這種現象稱為淬火時效。低碳鋼即使不淬火而空冷也會產生時效。低碳鋼經形變產生大量位錯，鐵素體中的碳、氮原子與位錯發生彈性交互作用，碳、氮原子聚集在位錯線周圍。這種碳、氮原子與位錯線的結合體稱歲柯氏氣團(柯垂耳氣團)。它會使鋼的強度和硬度提高而塑性和韌性降低，這種現象稱為形變時效。形變時效比淬火時效對低碳鋼的塑性和韌性有更大的危害性，在低碳鋼的拉伸曲線上有明顯的上、下兩個屈服點。自上屈服點出現直到屈服延伸結束，在試樣表面出現由于不均勻變形而形成的表面皺褶帶，稱為呂德斯帶。不少沖壓件往往因此而報廢。其防止方法有兩種。一種高預形變法，預形變的鋼放置一段時間后沖壓時也會產生呂德斯帶，因此預形變的鋼在沖壓之前放置時間不宜過長。另一種是鋼中加入鋁或鈦，使其與氮形成穩定的化合物，防止形成柯氏氣團引起的形變時效。
低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼帶或鋼板，用于制作各種建筑構件、容器、箱體、爐體和農機具等。優質低碳鋼軋成薄板，制作汽車駕駛室、發動機罩等深沖制品;還軋成棒材，用于制作強度要求不高的機械零件。低碳鋼在使用前一般不經熱處理，碳含量在0.15%以上的經滲碳或氰化處理，用于要求表層溫度高、耐磨性好的軸、軸套、鏈輪等零件。
低碳鋼由于強度較低，使用受到限制。適當增加碳鋼中錳含量，并加入微量釩、鈦、鈮等合金元素，可大大提高鋼的強度。若降低鋼中碳含量并加入少量鋁、少量硼和碳化物形成元素，則可得到超低碳貝氏體組夠其強度很高，并保持較好的塑性和韌性。
原先由于低碳鋼固有的特性，使其使用范圍大大受到局限，隨著國內一些新技術在鋼鐵行業的應用，低碳鋼的許多新興用途得到了很好的開發利用，目前國內一些大型鋼廠或鋼鐵貿易公司都積極地與國內的大型吊索具企業密切合作，共同開發出一系列高技術高精密高質量的索具產品，在國內乃至全球的索具行業，起到了很好的技術推動作用。這也給我們對低碳鋼的綜合利用，指明了新的道路。
低碳鋼為韌性材料。其拉伸時的應力-應變曲線主要分四個階段:彈性階段、屈服階段、強化階段、局部變形階段，在局部變形階段有明顯的屈服和頸縮現象。開始時為彈性階段，完全遵守胡克定律沿直線上升，比例極限以后變形加快，但無明顯屈服階段。
據統計，機械產品中80%以上零件的報廢是由于表面失效造成的，而真正因材料整體強度不足產生斷裂或變形的零件失效所占的比例很小（事實上，許多零件發生破裂，其裂紋也首先是從表面產生的）。因此，提高材料表面耐磨性、耐蝕性、抗疲勞性能及強度，是延長 零部件使用壽命、合理配置性能、保證系統穩定性的關鍵。因此，表面熱處理技術，得到了人們的極大關注，發展很快，對各類構件的性能的提高發揮著越來越重要的作用。
滲層深度一般為0.1~1.5mm，屬中等深度，主要用于表面硬化。表層組織為（馬氏體+碳化物+殘留奧氏體），表層應力狀態為高殘余壓應力。經淬火后，表面硬度可達58~65HRC，心部硬度一般為30HRC左右，具有良好的耐磨性，有好的接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度、抗 粘著咬合能力及較高沖擊韌性。熱處理變形傾向較大，但不易開裂。本工藝適用鋼材為低碳鋼和低碳合金鋼，如15、20、12CeNi3、20Cr2Ni4、20Cr、15CrMo、20CrMo、20CrMnTi等及鐵基粉末冶金材料，主要用于表面要求耐磨、耐疲勞，而心部韌性好的重載荷零件。本工藝所用鋼材成本較低或中等，設備投資較高。本工藝滲層較淺，一般為0.1~1.0mm，大多用于表面硬化。表層組織為（碳氮化合物+含氮馬氏體+殘留奧氏體），表層為高殘余壓應力狀態。淬火后，表面硬度達60~65HRC，耐磨性較高，有良好的接觸疲勞強度和良好的彎曲疲勞強度及好的抗咬合能力和好的沖擊韌性。
熱處理變形傾向及開裂傾向同滲碳淬火工藝。本工藝適用鋼材為低碳鋼、低碳合金鋼、中碳合金鋼及鐵基粉末冶金材料，如中碳合金鋼40Cr、35CrMo、42CrMo等，低碳鋼、低碳合金鋼及鐵基粉末冶金材料同滲碳淬火。主要用于表面要求耐磨、耐疲勞，而心部韌性好的 中載荷零件。本工藝滲層較薄，一般為0.1~0.4mm，主要用于表面硬化。表層組織為（氮碳化合物+含氮固溶體），表層為高殘余壓應力狀態。滲氮后，表面硬度一般為800~1200HV（63~71HRC），耐磨性很高，同時具有良好的接觸疲勞強度、良好的彎曲疲勞強度、良好的抗咬合能力及較好的沖擊韌性。氮化處理變形傾向及開裂傾向很小。滲氮后的零件，一般不再進行加工。特殊情況下，只能進行加工量很小的精磨。本工藝適用材料為中碳合金滲氮鋼及球墨鑄鐵，如38CrMoAl、3Cr13、35CrMo、42CrMo、20CrMnTiT、QT600-3等。主要用于表面耐磨性要求很高的重要零件。
滲層的化合物層一般為0.005~0.020mm，主要用于表面硬化。表面硬化層組織為（表面碳氮化合物層+內部氮擴散層），表面為高殘余壓應力狀態。氮碳共滲后，表面硬度一般為500~800HV（50~63HRC），耐磨性較高，接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度較好，抗咬合能力最好。氮碳共滲處理變形傾向及開裂傾向很小。氮碳共滲處理，一般都是最后工序，不允許再經加工。根據選用頻率不同，硬化層范圍為0.8~50mm，主要用于表面硬化。表面組織為馬氏體，表層為高的殘余壓應力狀態。表面硬度可達55~65HRC，具有高的耐磨性，好的接觸疲勞強度，好的彎曲疲勞強度和較好的抗咬合能力。變形及開裂傾向較小。感應淬火后，一般都要經過磨削加工。火焰淬火的表面硬化層一般在1~12mm，主要用于表面硬化。表層組織為淬火馬氏體，表層為高的壓應力狀態。表面硬度可達55~63HRC，表面耐磨性高，具有好的接觸疲勞強度，好的彎曲疲勞強度和較好的抗咬合能力。淬火變形及開裂傾向較小。火焰淬火后，一般都要經過磨削加工。本工藝適用材料為中碳鋼或中碳合金鋼。主要用于表面要求耐磨的零件。
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