铁碳合金，是以铁和碳为组元的二元合金。铁基材料中应用多的一类——碳钢和铸铁，就是一种工业铁碳合金材料。钢铁材料适用范围广阔的原因，首先在于可用的成分跨度大，从近于无碳的工业纯铁到含碳4%左右的铸铁，在此范围内合金的相结构和微观组织都发生很大的变化；另外，还在于可采用各种热加工工艺，尤其金属热处理技术，大幅度地改变某一成分合金的组织和性能。

有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其它碳化物形成元素）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。在中国和某些国家，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）。

碳素工具钢含碳量在0.65～1.35%之间，经热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具（见工具钢）。

含碳量在2.11%时，作为铸铁和碳钢的黄金分割点。碳含量在2.11%之前为碳钢。碳含量在2.11%之后为铸铁。而碳含量在0.0218%至0.77%之间称为亚共析钢，0.77%至2.11%之间称为过共析钢。含碳量为0.77%为共析钢。碳含量在2.11%至4.3%，称为亚共晶白口铸铁，碳含量在4.3%至6.69%之间称为过共晶白口铸铁。碳含量在4.3%为共晶白口铸铁。

铁在自然界中分布极广，但是人类发现和利用铁却比黄金和铜要迟。这首先是由于天然单质状态的铁在地球上是找不到的，而且它容易氧化生锈，再加上它的熔点（1535℃）又比铜（1083℃）高得多，使它比铜难以熔炼。

人类早发现铁是从天空落下的陨石，陨石含铁的百分比很高（铁陨石中含铁90.85%），是铁和镍、钴的混合物。考古学家曾经在古坟墓中，发现陨铁制成的小斧；在埃及第五王朝至第六王朝的金字塔所藏的宗教经文中，记述了当时太阳神等重要神像的宝座是用铁制成的。铁在当时被认为是带有神秘性的珍贵的金属，埃及人干脆把铁叫做“天石”。在古希腊文中，“星”和“铁”是同一个词。