Stal węglowa to stal o zawartości węgla od około 00,05 do 2,1 procent masy. Definicja stali węglowej z Amerykańskiego Instytutu Żelaza i Stali (AISI) stanowi:
nie określono ani nie wymaga się minimalnej zawartości chromu, kobaltu, molibdenu, niklu, niobu, tytanu, wolframu, wanadu, cyrkonu lub jakiegokolwiek innego pierwiastka, który ma być dodany w celu uzyskania pożądanego efektu stopowego;
określone minimum dla miedzi nie przekracza 0.40 procent;
lub maksymalna zawartość określona dla któregokolwiek z następujących pierwiastków nie przekracza podanych wartości procentowych: mangan 1,65%; krzem 0,60 procent; miedź 0,60 proc.
Termin stal węglowa może być również używany w odniesieniu do stali, która nie jest stalą nierdzewną; w tym zastosowaniu stal węglowa może obejmować stale stopowe. Stal wysokowęglowa ma wiele różnych zastosowań, takich jak frezarki, narzędzia tnące (takie jak dłuta) i druty o wysokiej wytrzymałości. Zastosowania te wymagają znacznie drobniejszej mikrostruktury, co poprawia wytrzymałość.
Stal węglowa jest popularnym metalem do produkcji noży ze względu na dużą zawartość węgla, dzięki czemu ostrze lepiej trzyma krawędzie. Aby jak najlepiej wykorzystać ten rodzaj stali, bardzo ważna jest odpowiednia obróbka cieplna. W przeciwnym razie nóż może stać się kruchy lub zbyt miękki, aby utrzymać krawędź.
Wraz ze wzrostem zawartości procentowej węgla stal może stać się twardsza i mocniejsza poprzez obróbkę cieplną; jednak staje się mniej plastyczny. Niezależnie od obróbki cieplnej wyższa zawartość węgla zmniejsza spawalność. W stalach węglowych wyższa zawartość węgla obniża temperaturę topnienia.
