Stale narzędziowe węglowe stosuje  się do wytwarzania narzędzi do pracy na zimno albowiem ogrzane tracą swoją twardość już od około 200°C. Zasadnicze wymagania stawiane stalom narzędziowym do pracy na zimno:

• wysoka twardość  (60 HRC), wynikająca z dużej zawartości węgla w stali, a także właściwej obróbki cieplnej,

• odporność na ścieranie, chroniąca narzędzia przed destrukcyjnym wpływem tarcia,

• ciągliwość i wytrzymałość zabezpieczająca narzędzia przed pękaniem przy obciążeniach dynamicznych,

• właściwa hartowność gwarantująca uzyskanie żądanej grubości warstwy zahartowanej.

Stale narzędziowe węglowe zawierają od 0,5% do 1,4% węgla. Podstawą klasyfikacji tych stali jest skład chemiczny, hartowność i wrażliwość na przegrzanie, tj. skłonność do rozrostu ziarn. Analiza hartowności i skłonności do rozrostu ziarn jest prowadzona systematycznie dla wszystkich wytopu stali.

Próbki pobierane z każdego wytopu, hartowane są w wodzie o temperaturze od 760 do 880°C. Zahartowane próbki przełamuje się i mierzy się  na przełomie grubość warstwy i wielkość ziarna warstwy zahartowanej. Na podstawie rezultatu dokonuje się podziału stali narzędziowych węglowych na płytko lub głęboko hartujące się. Rodzaje hartowności oraz poziomu wrażliwości na przegrzanie dla stali posiadających taką samą zawartość węgla (np. N7 i N7E) jest wywołane różnym poziomem pozostałych pierwiastków, a mianowicie: Mn, Si, Cr oraz Ρ i S oraz temperaturą hartowania. Stale głęboko hartujące się posiadają dużą ilość wymienionych pierwiastków.

Stale płytko hartujące się mają warstwę zahartowaną o grubości do 3 — 5 mm i są bardzo mało wrażliwe na przegrzanie.  Z kolei stale głęboko hartujące się osiągają warstwy o grubości do około 12 mm i są dużo mniej odporne na przegrzanie.

Stale płytko hartujące się znajduje zastosowanie w wyrobie narzędzi o przekroju do 20 mm, a stale głęboko hartujące się zarówno na narzędzia mniejsze jak i o przekrojach większych niż 20 mm. W rdzeniu zahartowanych narzędzi o dużych przekrojach posiadają bardziej ciągliwe struktury, co pozytywnie wpływa na odporność na siły udarowe narzędzia.