碳结钢的时效通常有淬火时效和应变时效两种，都是由间隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。淬火时效 即钢由高温快速冷却后性能随时间而变化的现象。钢中含碳量、脱氧程度和含氮量对淬火时效都有很大影响。低碳钢、脱氧不充分的沸腾钢和含氮量较高的钢发生淬火时效显著。含碳约0.3%的中碳钢，由淬火时效所引起的性能变化已大为减弱。含碳约0.6%的高碳钢，实际上不起时效硬化作用（见金属热处理）。应变时效 经冷加工变形后的性能随时间而变化的现象。碳和氮对应变时效的影响，与对淬火时效的影响相似，磷也促进应变时效。低碳钢因冷变形而消失的屈服点，随时间的延长而逐渐恢复。应变时效比淬火时效更为复杂。如钢材经淬火后再进行冷加工，无论在室温或稍高温度下，均将加速其应变时效。
碳素工具钢碳结钢（WC=0.65%~1.35% 属高碳钢）主要用途：制作各种小型工具。可进行淬火、低温回火处理获得高硬度高耐磨性。分为优质级和高级优质级两大类。命名：标志符号T+含碳量的1000倍。如：T10 WC=1.0%高级优质级在钢号尾部加A，如T10A4、一般工程用铸造碳素钢件（铸钢主要用途：难用锻压等方法成型的复杂零件且力学性能要求较高；命名：标志符号ZG+ σS值— σb值 如：ZG340-640表示方法编号：Q+数字+质量等级符号·脱氧方法符号例如：Q235A·F其中Q表示屈服强度，235表示屈服强度的数值，A表示质量等级为A级，F表示沸腾钢。Q235A·F―表示屈服强度为235N/mm2；，A等级质量沸腾钢。
碳结钢常称工具钢，含碳量从0.60%至1.70%，可以淬硬和回火。锤，撬棍等由含碳量0.75%的钢制造；切削工具如钻头，丝攻，铰刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的钢制造。按钢的品质分类按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。普通碳素结构钢 又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。在中国和某些 根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（B类钢）是保证化学成分的钢。特类钢(C类钢）是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和使用多的是含碳量在0.20%左右的A3钢（甲类3号钢），主要用于工程结构。有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些 ，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。
碳素钢的时效常给工业生产带来很大危害，例如沸腾钢焊接后，由于时效使焊接接头热影响区出现细小裂纹，严重影响焊接结构的性。但由于近代冶金技术的发展，和在工业生产中的应用，尤其是氧气转炉炼钢能获得更低的氮、氧含量，因此时效问题有所减轻。
碳素钢淬火时通常采用水冷，但对小尺寸的中碳钢，尤其是直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。包装，裸装，国产钢按钢号在端部进行涂色，详见碳结钢GB/T699标准规定。