鐵碳合金中合金相的形成，與純鐵的晶體結構及碳在合金中的存在形式有關。純鐵有三種同素異構狀態(tài)：912℃以下為體心立方晶體結構，稱α-Fe；912～1394℃為面心立方晶體結構，稱γ-Fe；1394℃以上，又呈體心立方結構，稱δ-Fe。在液態(tài)，在低于7%碳范圍，碳和鐵可完全互溶；在固態(tài)，碳在鐵中的溶解是有限的，并且溶解度取決于鐵（溶劑）的晶體結構。與鐵的三種同素異構物相對應，碳在鐵中形成的固溶體有三種：α固溶體（鐵素體）、γ固溶體（奧氏體）和δ固溶體（δ鐵素體）。這些固溶體中，鐵原子的空間分布與α-Fe、γ-Fe和δ-Fe一致，碳原子的尺寸遠比鐵原子為小，在固溶體中它處于點陣的間隙位置，造成點陣畸變。碳在γ-Fe中的溶解度，但不超過2.11%；碳在α-Fe中的溶解度不超過0.0218%；而在δ-Fe中不超過0.09%。當鐵碳合金的碳含量超過在鐵中的溶解度時，多余的碳可以以鐵的碳化物形式或以單質狀態(tài)（石墨）存在于合金中，可形成一系列碳化物，其中Fe3C（滲碳體，6.69%C）是亞穩(wěn)相，它是具有復雜結構的間隙化合物。石墨是鐵碳合金的穩(wěn)定平衡相，具有簡單六方結構。Fe3C有可能分解成鐵和石墨穩(wěn)定相，但該過程在室溫下是極其緩慢的。

按含碳量分類

1）小于0.25%C為低碳鋼，其中尤以含碳低于0.10%的08F，08Al等，由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車、制罐等，20G則是制造普通鍋爐的主要材料，此外，低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機械制造業(yè)。

2）0.25～0.60%C為中碳鋼，多在調質狀態(tài)下使用，制作機械制造工業(yè)的零件。

3）大于0.6%C為高碳鋼，多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等，根據(jù)含錳量的不同，又可分為普通含錳量（0.25～0.8%）和較高含錳量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強化鐵素體，提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號后附加標記“Mn”，如15Mn、20Mn以區(qū)別于正常含錳量的碳素鋼。

應變時效經(jīng)冷加工變形后的性能隨時間而變化的現(xiàn)象。碳和氮對應變時效的影響，與對淬火時效的影響相似，磷也促進應變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點，隨時間的延長而逐漸恢復。應變時效比淬火時效更為復雜。如鋼材經(jīng)淬火后再進行冷加工，無論在室溫或稍高溫度下，均將加速其應變時效。

生產(chǎn)性廢鋼鐵

生產(chǎn)性廢鋼鐵一部分是各個使用鋼材制造終端使用商品的邊角余料；這一部分通過市場交易回到鋼鐵企業(yè)進行再次冶煉。另一部分是各鋼鐵企業(yè)自產(chǎn)的返回廢鋼鐵，是企業(yè)內部各個生產(chǎn)單元諸如，車間、分廠在生產(chǎn)過程中下來的邊角余料例如：切頭、切尾、鑄余、廢品、試樣、鋼屑、下腳料等。生產(chǎn)性廢鋼鐵的特點是：質量很好，鋼水收得率高，鋼種明確，化學成分清楚。管理好這部分廢鋼鐵對于降低生產(chǎn)成本有著重要愈義。但是，隨著各個行業(yè)的技術進步和對節(jié)能降耗降低成本的追求，以及鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)轉爐（電爐）+全連鑄以來，成材率提高，自產(chǎn)返回廢鋼鐵減少，生產(chǎn)性廢鋼鐵趨于減少趨勢。