高碳钢 (high carbon steel)

碳含量大于0.65％的碳素钢。它包括碳素工具钢和一部分碳素结构钢。主要用于制作尺寸较小的工具和弹簧等。

碳含量小于0.77％的亚共析碳钢退火组织是珠光体和少量铁素体，碳含量为0.77％的共析碳钢退火组织为珠光体，碳含量大于0.77％的过共析碳钢退火组织为珠光体和少量网状渗碳体。过共析碳钢锻、轧后空冷或堆冷时，沿奥氏体晶界析出网状渗碳体，降低钢的塑性和韧性，增加脆性，使工具容易崩刃。因此，用于制造工具的过共析碳钢要防止和消除网状渗碳体。为此，锻造时必须在析出先共析渗碳体的温度区域反复锻造，破碎已析出的网状渗碳体，然后快速冷却；或者停锻温度控制在过共析碳钢上临界温度Arcm以上，停锻后用吹风、喷雾等方法快速冷却，也可抑制网状渗碳体的析出。高碳钢锻、轧后冷却过程中形成层片状珠光体组织，其硬度高，切削加工性不好，容易产生淬火变形和开裂。过共析碳钢要进行球化退火，使珠光体中的渗碳体球化，得到铁素体基体上均匀地分布着球状渗碳体的组织。球化退火的关键是，加热温度的选择和冷却速度的控制。球化退火加热温度一般取下临界温度Ac1以上20～30℃，冷却速度要≤20℃/h。球化退火方法有一般球化退火、等温球化退火和周期球化退火等。淬火时共析碳钢和亚共析碳钢采用完全淬火，其淬火组织为马氏体和少量残留奥氏体：过共析碳钢采用不完全淬火，其淬火组织为马氏体、球状渗碳体和残留奥氏体。碳钢的淬透性较差，尺寸较大的工件心部会出现非淬火组织。

经球化退火的钢应具有较低的硬度和较好的塑性。但是有时发现硬度虽然很低，脆性却很大，一折即断，其断口呈黑色。金相检查发现钢中部分渗碳体分解而出现石墨，这种现象称为石墨化，其原因主要是退火温度过高，保温时间过长，冷却过缓。钢中硅含量过高，锰含量过低，残余铝含量过高，也促进石墨化。钢中一旦出现石墨就无法用热处理方法消除，所以应注意预防。

钢材在加热过程中表层碳与周围介质中的氧化合，使钢材的表层碳含量降低，引起表层脱碳。高碳钢的脱碳倾向较大。由于脱碳层碳含量较低，淬火后表层硬度不足，耐磨性较低。所以脱碳的切削工具其切削性能较低，工具寿命较短。表层脱碳还使钢在淬火时容易形成表层微裂纹，降低工件的疲劳寿命，这对弹簧的寿命危害极大。因此高碳钢制件热处理时要以盐浴脱氧、控制气氛、涂料保护等方法防止脱碳。

高碳钢强度高、弹性好、硬度高、耐磨性好，但是其塑性和韧性低、热加工性和切削加工性差。高碳钢主要用于制作各种木工工具、锉刀、锯条、丝锥、刨刀、小进给量车刀、钻头等金属切削工具以及卡规、卡尺等量具和简单模具。高碳钢还可用于制作各种类型的弹簧、钢丝和负荷不大的轧辊。