Die Härte von Kohlenstoffstahl kann durch eine Reihe verschiedener Faktoren beeinflusst werden, darunter der Kohlenstoffkontakt, die Menge und Art anderer Elemente in der Legierung und die spezifischen Verfahren zur Herstellung des Stahls. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der zwischen 0.05 und 0.25 % Kohlenstoff enthält, ist normalerweise die weichste Sorte, obwohl er durch einen als Aufkohlen bekannten Prozess gehärtet werden kann. Stahl mit ultrahohem Kohlenstoffgehalt, der bis zu 2 % Kohlenstoff enthalten kann, ist in der Regel die härteste Art, obwohl die Endhärte jedes Produkts auch durch verschiedene Wärmebehandlungsverfahren bestimmt wird. Abschreckprozesse können die Härte von Kohlenstoffstahl um einen Faktor von etwa vier erhöhen, obwohl ein anschließendes Anlassen die Härte normalerweise verringert.
Kohlenstoffstahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff besteht. Andere Elemente können ebenfalls vorhanden sein, typischerweise in sehr kleinen Mengen. Es gibt einige unterschiedliche Definitionen, was genau Kohlenstoffstahl ausmacht, obwohl Elemente wie Silizium und Kupfer typischerweise weniger als 0.6% verschiedener Legierungen ausmachen. Einige Kohlenstoffstahllegierungen können auch bis zu 1.6 % an Elementen wie Mangan enthalten. Da es eine Reihe verschiedener Legierungen gibt, die alle allgemein als Kohlenstoffstahl bezeichnet werden, hat jeder Typ eine unterschiedliche Härte.
Der Hauptfaktor, der die Härte von Kohlenstoffstahl beeinflusst, ist die Menge an Kohlenstoff, die in der Legierung vorhanden ist. Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind in der Regel die weichsten, während Stähle mit ultrahohem Kohlenstoffgehalt ziemlich hart und spröde sein können. Es ist auch möglich, die physikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffstahl durch verschiedene Behandlungen zu verändern, entweder um die Härte zu erhöhen oder zu reduzieren.
Obwohl kohlenstoffarmer Stahl relativ weich ist, kann ein Prozess, der als Aufkohlen bekannt ist, dazu führen, dass er härter wird. Dieser Wärmebehandlungsprozess bewirkt tatsächlich, dass die Legierung zusätzlichen Kohlenstoff aus festen, flüssigen und gasförmigen Quellen wie Holzkohle und Kohlenmonoxid absorbiert. Der Kohlenstoff wird typischerweise nur in die Oberfläche des Metalls absorbiert, was zu einer einsatzgehärteten Außenschicht und einem weicheren, duktilen Kern führt.
Kohlenstoffstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt sind in der Regel anfangs sehr schwer, aber Abschreckprozesse können sie noch härter machen. Wenn eine Kohlenstoffstahllegierung jedoch zu hart ist, wird sie normalerweise auch ziemlich spröde. Einige außergewöhnlich harte Legierungen werden tatsächlich Abschreck- und Anlassprozessen unterzogen, die die Härte von Kohlenstoffstahl reduzieren und die Duktilität erhöhen können. Auch andere Verfahren, wie zum Beispiel Glühen, können die Duktilität effektiv erhöhen und die Gesamthärte des Stahls verringern.