Karbonstål er stål med et karboninnhold på opptil 2,1 vektprosent. American Iron and Steel Institute (AISI) definisjon av karbonstål sier:
Stål regnes som karbonstål hvis:
for krom, kobolt, molybden, nikkel, niob, titan, wolfram, vanadium eller zirkonium eller ethvert annet grunnstoff som må tilsettes for å oppnå den ønskede legeringseffekten;
minimum spesifisert for kobber ikke overstiger 0,40 prosent;
eller det maksimale innholdet som er spesifisert for noen av følgende elementer ikke overstiger de angitte prosentene: mangan 1,65, silisium 0,60, kobber 0,60.
Begrepet "karbonstål" kan også brukes for å referere til stål som ikke er rustfritt stål; I denne applikasjonen kan karbonstål inneholde legert stål.
Ettersom karboninnholdet øker i prosent, har stålet kapasitet til hardere og sterkere varmebehandling; Imidlertid er den mindre formbar. Uavhengig av varmebehandling reduserer det høyere karboninnholdet sveisbarheten. For karbonstål senker det høyere karboninnholdet smeltepunktet.
