碳鋼鑄件以什么方式進行結晶？得到什么組織，這一方面決定于含碳量（與狀態圖有關），另一方面和冷卻速度有密切關系。結晶條件不同，結晶方式就不同。當在很大的范圍內同時形成結晶核心并且生長時，便形成體積結晶；當冷卻速度不太快，過冷度也不大，在結晶潛熱放出后隨著熱量的外傳，結晶逐層向內進行時，便形成順序結晶。
碳鋼鑄件的斷面上一般都存在著表層的細等軸晶帶、中心的粗等軸晶帶和二者之間的柱狀晶帶等三個晶帶。形成這三個晶帶的原因如下：鋼液注到型腔中與型腔接觸時,表層鋼液溫度因鑄型激冷作用能立即降到熔點之下，出現很大的過冷度。由于冷卻速度很快，所以結晶時放出的結晶潛熱能很快地傳到鑄型中，不影響結晶過程的進行。此時在較大的范圍內形成大量的結晶核心，同時生長，不受熱流方向的影響，以體積結晶方式進行結晶，得到很細的等軸晶組織。在表面層中，同時形成較多的核心，發展成為細等軸晶組織。很細的等軸晶組織和細等軸晶組織稱為細等軸晶帶，結晶由鑄件表面向中心進行，當鋼液的冷卻速度變慢后，過冷度不大，傳熱的方向性變得明顯，結晶逐以向內進行（即順序結晶）。這時如果形成核數量不多，而生長速度比較快，冷卻速度和生長速度相適應時，容易以樹枝晶的主軸單方向（逆熱流方向）向內發展。形成柱狀晶帶。由此再往鑄件中心進行結晶，冷卻速度慢，鑄件中心溫度分布非常均勻，結晶時放出的結晶潛熱外傳很慢，在很寬的范圍內形成核，但因過冷度小，形成核數量少，傳熱方向性不強，以體積結晶方式進行，發展成為粗大的等軸晶帶。
低碳鋼（指C＜0.25%）結晶間隔小，隨著含碳量增加，結晶間隔變寬。在相同冷卻條件下，低碳鋼和中碳鋼鑄件斷面上三種晶帶分布比例不同，低碳鋼柱狀晶帶寬，中心的粗等軸晶帶很窄。而中碳鋼柱狀晶帶較窄，中心的粗等軸晶帶較寬。
含碳量一定的碳鋼鑄件隨著冷卻速度的增加，其凝固區域變窄，常常促使柱狀晶帶發展。例如，一些砂型澆注的鑄件改為用金屬型澆注時，斷面上容易形成柱狀晶就是這個道理。柱狀晶的結晶方向性強，結晶逐層進行，有利于鋼液補縮和使結晶致密。它的缺點是晶間性能較差。在粗大等軸晶的結晶過程中，隨著枝晶的生長，枝晶之間的未凝固液體被隔離開來，形成一個個與外界液體隔絕的封閉的小金屬池。這種封閉的鋼液凝固時得不到外界液體的補縮在枝晶之間就會形成縮松。理想的是整個鑄件斷面上全部都是細等軸晶，但這在生產上是很難做到的。