La dureza del acero al carbono puede verse afectada por una serie de factores diferentes, incluido el contacto con el carbono, la cantidad y el tipo de otros elementos de la aleación y los procesos específicos utilizados para crear el acero. El acero con bajo contenido de carbono, que contiene entre 0.05 y 0.25% de carbono, suele ser la variedad más blanda, aunque puede endurecerse mediante un proceso conocido como cementación. El acero con alto contenido de carbono, que puede contener hasta un 2% de carbono, suele ser el tipo más duro, aunque la dureza final de cada producto también está determinada por varios procesos de tratamiento térmico. Los procesos de templado pueden aumentar la dureza del acero al carbono en un factor de aproximadamente cuatro, aunque el templado posterior normalmente reduce la dureza.
El acero al carbono es una aleación que se compone principalmente de hierro y carbono. También pueden estar presentes otros elementos, típicamente en cantidades muy pequeñas. Hay algunas definiciones diferentes de lo que constituye exactamente el acero al carbono, aunque los elementos como el silicio y el cobre suelen representar menos del 0.6% de las diversas aleaciones. Algunas aleaciones de acero al carbono también pueden tener hasta un 1.6% de elementos como el manganeso. Dado que hay varias aleaciones diferentes a las que comúnmente se hace referencia como acero al carbono, cada tipo tiende a tener una dureza diferente.
El factor principal que afecta la dureza del acero al carbono es la cantidad de carbono presente en la aleación. Los aceros con bajo contenido de carbono tienden a ser los más blandos, mientras que los aceros con alto contenido de carbono pueden ser bastante duros y quebradizos. También es posible cambiar las características físicas del acero al carbono mediante diversos tratamientos, ya sea para aumentar o reducir la dureza.
Aunque el acero con bajo contenido de carbono es relativamente blando, un proceso conocido como carburación puede hacer que se vuelva más duro. Este proceso de tratamiento térmico en realidad hace que la aleación absorba carbono adicional de fuentes sólidas, líquidas y gaseosas como el carbón y el monóxido de carbono. Por lo general, el carbono solo se absorbe en la superficie del metal, lo que da como resultado una capa exterior endurecida y un núcleo dúctil más blando.
Los aceros al carbono de alto contenido tienden a ser muy difíciles para empezar, pero los procesos de temple pueden hacerlos aún más difíciles. Sin embargo, si una aleación de acero al carbono es demasiado dura, normalmente también será bastante frágil. Algunas aleaciones excepcionalmente duras están sujetas a procesos de temple y revenido que pueden reducir la dureza del acero al carbono y aumentar la ductilidad. Otros procesos, como el recocido, también pueden aumentar efectivamente la ductilidad y disminuir la dureza general del acero.