碳素鋼是指除碳外，僅含有少量的錳、硅、硫、磷、氧、氮等元素。碳素鋼和低合金鋼大部分屬于亞共析鋼，隨著處理工藝不同，會出現多種不同組織，如：鐵素體、滲碳體、珠光體、魏氏組織、奧氏體、馬氏體、回火馬氏體、回火托氏體、回火索氏體、貝氏體等。

（一） 鐵素體

鐵素體又稱純鐵體，屬于體心立方結構，用F表示；在碳鋼中它是碳固溶于α-Fe中的固溶體，在合金鋼中則是碳和合金元素固溶于α-Fe中的固溶體。碳在α-Fe中溶解量是很低的，在A1溫度碳溶解量的質量分數zui大值是0.02%。隨著溫度下降，碳的溶解度降低至0.008%。用體積分數（4+96）HNO3+酒精溶液侵蝕能顯示鐵素體組織。在光學顯微鏡下，鐵素體呈白亮多邊形，也可呈塊狀、月牙狀、網絡狀等。鐵素體強度和硬度低，塑性和韌性好。一般硬度在100HB左右。

（二） 奧氏體

在碳鋼中，奧氏體是固溶于γ-Fe中的固溶體。在合金鋼中，奧氏體是碳和合金元素固溶于γ-Fe中的固溶體。奧氏體具有面心立方結構。

從Fe-Fe3C平衡狀態圖可知，在碳素結構鋼或一般低合金鋼中，奧氏體是一個高溫相，在高溫時才穩定存在。在室溫時奧氏體將轉變成其他組織。結構鋼經淬火后會存在殘余奧氏體，它分布在馬氏體針間隙中，不易受侵蝕，在光學顯微鏡下呈白色。

在鍛造、軋制時常要加熱到奧氏體區，以提高塑性，易于加工變形。對高錳鋼和奧氏體不銹鋼而言，由于加入較多擴大奧氏體區元素導致其常溫凝固組織即為單相奧氏體。