碳钢

碳钢是一种碳含量从约 0.05 到 2.1 重量百分比的钢。 美国钢铁协会 (AISI) 对碳钢的定义指出：

• 对于铬、钴、钼、镍、铌、钛、钨、钒、锆或要添加以获得所需合金化效果的任何其他元素，没有规定或要求最低含量；
• 铜的规定最低含量不超过 0.40%；
• 或为以下任何元素指定的xxx含量不超过注明的百分比：锰 1.65%； 硅 0.60%； 铜 0.60%。

术语碳钢也可用于指代非不锈钢的钢； 在这种用途中，碳钢可能包括合金钢。 高碳钢有许多不同的用途，如铣床、切削工具（如凿子）和高强度钢丝。 这些应用需要更精细的微观结构，从而提高韧性。

碳钢是一种流行的制刀金属选择，因为它含有大量的碳，使刀片具有更好的边缘保持力。 为了充分利用这种钢材，对其进行适当的热处理非常重要。 否则，这把刀最终可能会变脆，或者太软而无法握住刀刃。

随着含碳量的增加，钢有能力通过热处理变得更硬、更坚固； 但是，它的延展性会降低。 无论热处理如何，较高的碳含量都会降低可焊性。 在碳钢中，较高的碳含量会降低熔点。

低碳钢（含少量碳的铁，坚韧但不易回火），也称为普碳钢和低碳钢，是现在最常见的钢材，因为它的价格相对较低，同时提供 许多应用程序可接受的材料特性。 低碳钢含有大约 0.05–0.30% 的碳，使其具有延展性和延展性。 低碳钢的抗拉强度相对较低，但价格便宜且易于成型。 渗碳可以提高表面硬度。

在使用大横截面来最小化挠度的应用中，屈服失效不是风险，因此低碳钢是最佳选择，例如结构钢。 低碳钢的密度约为 7.85 g/cm3（7850 kg/m3 或 0.284 lb/in3），杨氏模量为 200 GPa (29×106 psi)。

低碳钢显示屈服点跳动，其中材料有两个屈服点。 xxx个屈服点（或上屈服点）高于第二个并且在上屈服点之后产量急剧下降。 如果低碳钢仅受力到上下屈服点之间的某个点，则表面会形成吕德带。 低碳钢比其他钢含有更少的碳，并且更容易冷成型，因此更易于处理。 低碳钢的典型应用是汽车零件、管道、建筑和食品罐头。

高强度钢是低碳钢，或处于中碳范围较低端的钢，它们含有额外的合金成分，以提高其强度、耐磨性能或特别是抗拉强度。 这些合金成分包括铬、钼、硅、锰、镍和钒。 磷和硫等杂质的xxx允许含量受到限制。

可以成功进行热处理的碳钢的碳含量在 0.30–1.70% 的重量范围内。 各种其他元素的微量杂质会显着影响所得钢材的质量。 特别是微量的硫会使钢变红，即在工作温度下变脆易碎。 低合金碳钢，如 A36 级，含有约 0.05% 的硫，熔化温度约为 1,426–1,538 °C (2,600–2,800 °F)。 通常添加锰以提高低碳钢的淬透性。

根据某些定义，这些添加将材料变成低合金钢，但 AISI 对碳钢的定义允许按重量计最多 1.65% 的锰。有两种类型的高碳钢，即高碳钢和超高碳钢 碳素钢。 之所以限制使用高碳钢，是因为它的延展性和焊接性极差，生产成本较高。 最适合高碳钢的应用是弹簧工业、农业工业和各种高强度钢丝的生产。

碳钢根据含碳量分为四类：

0.05 至 0.15% 的碳（普通碳钢）含量。