ความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการรวมถึงการสัมผัสกับคาร์บอนปริมาณและชนิดขององค์ประกอบอื่น ๆ ในโลหะผสมและกระบวนการเฉพาะที่ใช้ในการสร้างเหล็ก เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำซึ่งมีคาร์บอนอยู่ระหว่าง 0.05 ถึง 0.25% นั้นโดยทั่วไปจะมีความหลากหลายน้อยที่สุดแม้ว่าจะสามารถชุบแข็งผ่านกระบวนการที่เรียกว่าคาร์บูไรซิ่ง เหล็กกล้าคาร์บอนสูงพิเศษซึ่งอาจประกอบด้วยคาร์บอนสูงถึง 2% เป็นชนิดที่ยากที่สุดแม้ว่าความแข็งสุดท้ายของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดจะถูกกำหนดโดยกระบวนการบำบัดความร้อนที่หลากหลาย กระบวนการชุบแข็งสามารถเพิ่มความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนได้ด้วยปัจจัยประมาณสี่ถึงแม้ว่าการแบ่งเบาบรรเทาที่ตามมามักจะลดความแข็งลง
เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็กและคาร์บอนเป็นหลัก องค์ประกอบอื่น ๆ อาจมีอยู่เช่นกันซึ่งโดยปกติจะมีปริมาณน้อยมาก มีคำจำกัดความที่แตกต่างกันสองสามข้อเกี่ยวกับสิ่งที่ถือเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนแม้ว่าองค์ประกอบเช่นซิลิคอนและทองแดงจะมีสัดส่วนน้อยกว่า 0.6% ของโลหะผสมชนิดต่าง ๆ โลหะผสมเหล็กกล้าคาร์บอนบางชนิดสามารถมีองค์ประกอบมากถึง 1.6% เช่นแมงกานีส เนื่องจากมีโลหะผสมต่าง ๆ จำนวนมากซึ่งมักเรียกกันว่าเหล็กกล้าคาร์บอนแต่ละประเภทจึงมีความแข็งต่างกัน
ปัจจัยหลักที่มีผลต่อความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนคือปริมาณของคาร์บอนที่มีอยู่ในโลหะผสม เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำมีแนวโน้มที่จะอ่อนที่สุดในขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนสูงพิเศษนั้นค่อนข้างแข็งและเปราะ นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนลักษณะทางกายภาพของเหล็กกล้าคาร์บอนผ่านการบำบัดที่หลากหลายไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มหรือลดความแข็ง
แม้ว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำจะค่อนข้างอ่อน แต่กระบวนการที่เรียกว่าคาร์บูไรเซชันอาจทำให้มันยากขึ้น กระบวนการบำบัดความร้อนนี้ทำให้โลหะผสมดูดซับคาร์บอนเพิ่มเติมจากแหล่งของแข็งของเหลวและก๊าซเช่นถ่านและคาร์บอนมอนอกไซด์ โดยทั่วไปแล้วคาร์บอนจะดูดซึมเข้าสู่พื้นผิวของโลหะเท่านั้นซึ่งส่งผลให้ชั้นนอกแข็งตัวและแกนที่อ่อนกว่าและอ่อนกว่า
เหล็กกล้าคาร์บอนเนื้อหาสูงมักจะเริ่มต้นยากมาก แต่กระบวนการดับสามารถทำให้ยากขึ้น หากโลหะผสมเหล็กกล้าคาร์บอนแข็งเกินไปแม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะเปราะบางเช่นกัน โลหะผสมแข็งพิเศษบางชนิดอาจถูกชุบแข็งและผ่านกระบวนการทำให้แข็งซึ่งสามารถลดความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนและเพิ่มความเหนียว กระบวนการอื่น ๆ เช่นการหลอมสามารถเพิ่มความเหนียวได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดความแข็งโดยรวมของเหล็กกล้าคาร์บอน
