Hiiliteräs on metalliseos, joka muodostuu raudan ja hiilen yhdistämisen tuloksena. Terästä pidetään tyypillisesti hiiliteräksenä, kun muiden hivenaineiden osuudet siinä eivät ylitä tiettyjä prosenttiosuuksia. Enimmäisprosentit ovat tyypillisesti 1.65 prosenttia mangaanilla ja 0.6 prosenttia kuparilla ja piillä. Kupariprosentin on oltava vähintään 0.4 prosenttia. Terästä, joka sisältää myös suurempia tai määriteltyjä määriä muita elementtejä, kuten nikkeliä, kromia tai vanadiinia, kutsutaan seosteräkseksi.
Valmistajat lisäävät rautaan hiiltä kiinteyttääkseen siinä olevat rakenteet ja vahvistamaan syntyvää metallia. Se on yksi kustannustehokkaimmista seosaineista, ja hiilen määrän muuttaminen muuttaa teräksen ominaisuuksia. Hiiliteräkset voidaan luokitella vähähiilisiin teräksiin, keskipitkän hiilen teräksiin, korkeahiilisiin teräksiin ja erittäin korkeahiilisiin teräksiin.
Teräksiä, joissa on hyvin vähän hiiltä, noin 0.05–0.3 prosenttia, kutsutaan vähähiilisiksi teräksiksi ja ne ovat samanlaisia kuin rauta. Ne ovat erittäin taipuisia, mikä vaikeuttaa niiden työstöä. Niistä valmistetaan litteät valssatut levyt tai teräsnauhat, joita käytetään laivojen, vaijerituotteiden, autojen korien, kodinkoneiden, tinalevyjen ja paljon muuta luomiseen. Vähähiiliset teräkset ovat halvempia, mutta niitä ei voida muuttaa lämpökäsittelyllä, minkä vuoksi niitä käytetään yleensä valmistukseen ja paneeleihin.
Hiilipitoisuuden lisääminen tekee hiiliteräksestä kovempaa ja vahvempaa, mutta vähentää teräksen hitsattavuutta ja taipuisuutta ja tekee teräksestä hauraamman. Valmistajat lisäävät hiiliteräkseen myös pieniä määriä muita seosaineita, jotka eivät vaikuta teräksen ominaisuuksiin, mutta antavat heidän hallita teräksen tiettyjä ominaisuuksia. Vaikuttavia ominaisuuksia ovat teräksen joustavuus, lujuus ja kovuus.
Keskipitkähiilisten terästen hiilipitoisuus on korkeampi, noin 0.3–0.6 prosenttia. Näitä on helpompi työstää, ja jotkut valmistajat lisäävät teräkseen hieman piitä ja mangaania sen laadun parantamiseksi. Nämä teräkset ovat edelleen halpoja, ja niistä valmistetaan esimerkiksi akseleita, hammaspyöriä, akseleita, kiskoja, putkistoja ja kytkimiä.
Hiiliteräksiä on erittäin vaikea hitsata, koska ne sisältävät hiiltä 0.6-1.0 prosenttia. Niissä on myös enemmän mangaania, jota lisätään teräksen kovettavuuden lisäämiseksi. Korkeahiilinen teräs on erittäin herkkä kuumuudelle, ja se kovettuu helposti liekissä, minkä ansiosta se voidaan työstää moniin eri muotoihin. Hiiliteräksillä on suurempi vetolujuus, ja niistä valmistetaan tuotteita, kuten leikkuutyökaluja, teriä, jousia ja lujia lankoja.
Erittäin korkean hiiliteräksen hiiltä on 1.25–2.0 prosenttia. Tämäntyyppisen hiiliteräksen kylmäkäsittely ei ole mahdollista, koska se on melko hauras. Erittäin korkean hiiliteräksen avulla luodaan äärimmäistä kovuutta vaativia komponentteja, kuten teriä, leikkuutyökaluja ja suuria osia. Ne ovat erittäin herkkiä lämmölle ja niillä on hyvä työstettävyys ja erinomainen kulutuskestävyys.