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碳鋼是鐵和碳以及少量其他幾種元素的合金，所有這些元素都會對其性能產生影響。鋼可能含有不同數量的碳，通常分為低碳鋼、中碳鋼或高碳鋼。低碳鋼是指碳含量在 0.30% 或以下的鋼。中碳鋼含有 0.31 至 0.45% 的碳。含0.45%以上的為高碳鋼。

碳含量會影響鋼的性能，例如強度、硬度和延展性。它還對可焊性和可加工性產生巨大影響。

1. 強度——隨著鋼中碳含量的增加，其強度也會增加。其原因是碳原子占據了晶格中鐵原子之間的間隙。這是一種奇特的說法，碳原子位于鐵原子之間，不會將它們推開。這導致原子之間的空間更加擁擠，進而使材料更難錯位。在焊接中，我們通常關注抗拉強度和屈服強度。

抗拉強度是鋼在拉伸張力下抵抗斷裂的能力。屈服強度是在開始永久改變形狀之前可以施加的最大應力。屈服強度將始終低于極限抗拉強度。在高碳鋼中，拉伸強度和屈服強度之間的差異非常小，而在低碳鋼中則很大。這將在下面討論硬度和延展性時進行解釋。

2. 硬度——與強度非常相似，因為隨著碳含量的增加，硬度也會增加。然而，當我們談論硬度時，我們不僅僅指屈服強度和抗拉強度。鋼材硬度描述了鋼材能夠抵抗塑性變形(屈服強度)以及壓痕、穿透和劃傷的特性。當我們進行硬表面處理時，我們通常會關注焊接硬度。在此應用中，我們正在尋找耐磨損和耐沖擊的焊縫。

3. 延展性——隨著鋼中碳含量的增加，延展性下降。延展性是材料在斷裂前在拉伸應力下維持塑性(永久)變形的能力。延展性在焊接中非常重要。通常，我們需要高延展性，因為它可以防止開裂。高延展性還意味著鋼材、鋼焊件或鋼結構會發生塑性變形，并在發生斷裂之前很久就發出存在問題的視覺警告。強度和延展性之間應該始終保持良好的平衡。有關此主題的更多信息，請閱讀高強度鋼中欠匹配填充金屬的優勢。

4.可焊性——可焊性是焊接金屬而不開裂的能力或其他焊接缺陷。它不是指我們是否可以沉積美觀的焊縫。可焊性受許多因素的影響。碳顯著影響可焊性。在鋼中，隨著碳含量的增加，其開裂的可能性也會增加。通常，除非厚度超過 1 英寸，否則低碳鋼不會出現開裂的危險。低碳鋼通常在其厚度超過 ? 英寸時應進行預熱。中碳鋼存在中度開裂風險，應始終進行預熱。高碳鋼極易開裂，焊接時必須格外小心。這方面的一個例子是焊接鑄鐵，它可能含有大約 2-3% 的碳，或者是低碳鋼的 10 倍。

5. 可加工性——因為碳會影響強度，所以也會影響可加工性。含碳量越高，越難加工。通常，任何超過 0.20% 的碳都不再被視為易加工鋼。還有其他元素也會影響強度，例如鉻和鉬，它們會增加強度并降低可加工性。其他元素，例如硫，可以軟化鋼材并有助于機械加工。

如您所見，了解鋼材的碳含量對于設計和焊接工程師來說極其重要。但是所有參與制造的人，尤其是那些參與焊接的人，都應該對其影響有一個基本的了解。