Koolstofstaal is staal met een koolstofgehalte van 2,1 gewichtsprocent. De definitie van koolstofstaal van het American Iron and Steel Institute (AISI) luidt als volgt:
Staal wordt in de volgende gevallen als koolstofstaal beschouwd:
Er is geen minimumgehalte gespecificeerd of vereist voor chroom, kobalt, molybdeen, nikkel, niobium, titanium, wolfraam, vanadium of zirkonium of enig ander element dat wordt toegevoegd om het gewenste legeringseffect te verkrijgen;
Het gespecificeerde minimale kopergehalte mag niet hoger zijn dan 0,40%;
of het maximale gehalte aan een van de volgende elementen dat het aangegeven percentage niet overschrijdt: mangaan 1,65, silicium 0.60, koper 0,60.
De term "koolstofstaal" kan ook worden gebruikt om te verwijzen naar andere staalsoorten dan roestvrij staal; bij dit gebruik kan koolstofstaal gelegeerde staalsoorten omvatten.
Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, kan staal door warmtebehandeling harder en sterker worden; de ductiliteit ervan neemt echter af. Een hoger koolstofgehalte vermindert de lasbaarheid, ongeacht de gebruikte warmtebehandeling. In koolstofstaal verlaagt een hoger koolstofgehalte het smeltpunt.
