碳鋼carbon steel含碳量小於1 .35%的鐵碳合金。碳素鋼的簡稱。
除碳外，還含有限量以內的矽、 錳、硫、磷及其他微量元素。與其他鋼種相比，碳鋼應用最早，用量最大，是最重要的工程材料之一。其產量約佔鋼總產量的80%。
碳鋼的主要製品有薄板、帶鋼、 線材、絲材、管材、型材、鍛件、中厚板和鑄件等。
通常按含碳量分為低碳鋼、 中碳鋼和高碳鋼。
按冶煉時脫氧程度和澆注制度分為沸騰鋼、鎮靜鋼和半鎮靜鋼。
按用途分為碳素結構鋼、碳素工具鋼(見工具鋼)和鑄造碳鋼(見鑄鋼)。
按主要效能和使用特性分為以規定最高強度或硬度為主要特性的碳鋼;以規定最低強度為主要特性的碳鋼;以限制碳含量為主要特性的碳鋼；鋼中硫含量最低不小於0.07%，並加入鉛、秘、碲、硒或磷等元素的易切削碳鋼；具有規定磁性或電效能的碳鋼;碳素工具鋼等。
按質量又分為3種。
①普通質量碳鋼:在生產過程中不需要特別控制質量，只需滿足非合金化;不規定熱處理(但退火、正火、 消除應力處理及軟化處理不作熱處理對待);特性值符合規定要求即可。通常對特性值的要求是:
碳含量最高值)0.10%，硫或磷含量最高值)0.045%，氮含量最高值)0.
007%，抗拉強度最低值簇690mpa，屈服點或屈服強度最低值〔360 mpa，伸長率最低值(33%， 彎心直徑最低值)0.5\試件厚度，衝擊功最低值 (2o℃，v型，縱向標準試樣)蕊27)，洛氏硬度最高值(hrb、60。
②優質碳鋼:在生產過程中需要特別控制質量(如控制晶粒度，降低硫、磷含量，改善表面質量或增加工藝控制等)，以達到比普通質量碳鋼更好的質量要求(如良好的抗脆斷效能、冷成型效能等)。但這類鋼的生產控制不如特殊質量碳鋼嚴格，如不控制淬透性。
③特殊質量碳鋼:在生產過程中需要特別嚴格控制質量和效能妝口控制淬透性和純潔度)。對經熱處理和不經熱處理的鋼材都有一定的要求。
對經熱處理的鋼材的要求有:表面硬化狀態下的衝擊效能;淬硬層深度或表面硬度;限制表面缺陷，質量優於冷墩和冷擠壓用鋼; 限制非金屬夾雜物含量，內部材質均勻性好。對不經熱處理的鋼材的要求有:
限制非金屬夾雜物含量，內部材質均勻性好，如鋼板抗層狀撕裂效能好;限制磷、硫含量最高值，一般熔煉分析值〔0.020%，成品分析值毛0，025%;殘餘元素熔煉分析最高含量為銅簇0.10%、 鑽〔0.
05%，釩共0.05%;表面質量要求比冷徽和冷擠壓用鋼的規定更嚴格;具有規定的電導效能(電導率不小於95/m)或磁性能。
化學成分對效能的影響除鐵外，碳鋼中的化學成分還有碳、錳、矽、硫、磷，以及鋼中所含的氣體，如氧、氮、氫等。 碳是構成碳鋼的重要元素。
碳鋼在退火或熱軋(相當於常化處理)狀態下接近於平衡組織。隨含碳量的增加，鋼的強度和硬度公升高，塑性和韌性下降，焊接效能和冷彎效能變差。
錳屬有益元素。碳鋼中一般含錳0.25一0.
80%， 有時達1.0一1.2%。
錳具有很好的脫氧能力，可減少鋼中feo，改善鋼的品質，顯著降低鋼的脆性，提高韌性。錳還可以和硫形成mns並分布於晶粒內，改善熱加工效能。錳在鋼中大部分固溶於鐵素體中並使其強化。
錳又是形成碳化物的元素，進入滲碳體取代一部分鐵原一子形成(fe，mn) 3c。錳能使珠光體細化和數量增多，從而提高鋼的彈性。
矽屬有益元素。矽的脫氧能力大於錳、鉻和釩，僅次f鋁和欽，故用作煉鋼時的還原劑和脫氧劑，以提高鋼的質量。除沸騰鋼和半鎮靜鋼外，矽在鋼中的含量不少於0.
10%。矽在鋼中不形成碳化物，能固溶於鐵素體中並使其強化，提高鋼的強度、硬度和彈性，但降低塑性和韌性。矽能強烈地提高鋼的冷加工變形硬化率， 其作用效果僅次於磷。
硫一般屬有害元素，在各類鋼中都有嚴格的限制。 硫在鐵中幾乎不溶解，而以fes或(fes+fe)的共晶形式分布於晶界，造成鋼在熱加工時呈脆性。錳可以減少硫的有害作用，但鋼中錳與硫之比應大於5:
1。硫能提高鋼的切削加工性，如與錳共存效果更好，更易於斷屑，零件表面光潔度高。以提高鋼的切削性為目的，含硫較高(0 .
08一0.30%)的鋼稱硫易切削鋼。 磷一般屬有害元素。
磷在鋼中產生嚴重偏析，使鋼的焊接性變壞，且很難用熱處理方法消除。磷在鋼中的溶解度小，大都是以feap形式存在。磷可以提高鋼的強度、硬度，但使塑性、韌性顯著降低，並使脆化溫度提高，使鋼變脆(冷脆)。
一般要嚴格限制鋼中含磷量。 磷能提高鋼的切削效能和耐大氣腐蝕能力。易切削鋼中的含磷量可高達0.
05一0.巧%。 鋼中氣體有兩種存在形式，一種是以原子態、離子態或分子態存在;另一種是以化合物形式存在。
可視為鋼中的雜質。 氧是一種不可避免的有害元素。一部分溶於鐵素體中，500ac時溶解度<0 .
001%;另一部分以fe()、fe3o4、 mno、mn3o4、5102、a12o3等夾雜物形式存在於鋼中。氧使鋼的強度和塑性降低。氧化物夾雜對鋼的力學效能，尤其是疲勞效能有嚴重的影響。
a1203夾雜物具有高的硬度，對鋼的切削性不利。低熔點復合氧化物夾雜聚集於晶界處造成鋼材的熱脆性。固溶於鐵素體中的過飽和氧，在時效時以feo形式析出，造成鋼呈冷脆性。
氮在鐵素體組織中的溶解度很低，500℃時為 0.10%，室溫時降至10--5%。快冷的鋼中常具有過飽和的氮，並易於在以後形成氮化物析出而使鋼的硬度、 強度提高，塑性下降，對鋼的冷加工不利。
鋼液中加入鋁、欽、釩等進行脫氮處理，可以形成細小均勻分布的 ain、tin或vn等氮化物粒子，改善鋼的效能。 氫以原子或離子形式溶於鋼中，形成間隙式固溶體。條件適當時可以結合成氫分子。
溶解於鋼中的氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷。白點常存在於厚板、鋼軌和大鍛件中，易造成裝置突然開裂失效。採用乾燥爐料，加強鋼液脫氫操作及真空脫氣，以及鋼材採取鍛、 軋後緩冷，可消除鋼中的白點。
氫還可造成點狀偏析、 表面鼓泡和焊接裂紋等缺陷，為此須嚴格控制鋼中的氫含量。 生產工藝碳鋼大部分採用氧氣轉爐冶煉。優質碳鋼多採用電弧爐冶煉，再經真空處理、爐外精煉和噴吹等，可得到高純度鋼液。
澆注時要防止鋼液的重新汙染。鍛、軋熱加工能消除氣孔、氣泡和疏鬆等，以進一步改善連鑄坯或鋼錠的內部組織結構。對高碳鋼要求在鍛、軋等熱加工過程中破碎鋼中的網狀碳化物。
鋼的冷加工要求鋼材表面光潔度高、尺寸精確和不增加表面缺陷，進一步細化組織提高效能，並注意消除組織結構的方向性差異，以及保證獲得合理的強度和塑性匹配。冶金廠進行的熱處理主要是對鋼材進行退火，為切削加工和工件的最後熱處理作好組織準備。熱處理時要注意組織均勻，控制晶粒尺寸和防止表面脫碳等。
(鄭魯)
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