碳含量与钢材性能：碳含量阶梯

阶梯一览

碳含量区间	特性	典型用途
极低 — 低于 0.10%	柔软，成形性极好，无需预防措施即可焊接	深冲薄板、带材、线材、铆钉；无间隙原子 (IF) 钢位于此区间底部
低 — 0.10–0.25%	可焊接的结构主力：延展性好，强度适中，硬化响应有限	结构型材和钢板（S235–S355 范围）、管材、一般制造
中 — 0.25–0.60%	对淬火和回火响应强烈；机械制造区间	轴、齿轮、车轴：C45/1045 约为 0.45%，4140 约为 0.40%
高 — 0.60–1.00%	弹簧、耐磨部件和切削刃；焊接成为专业工艺	弹簧钢（约 0.5–0.8%）、钢轨钢、钢丝绳、刀具
极高 — 超过 1.00%	最大碳化物体积和淬火硬度；未经仔细回火则脆	工具和模具钢（D2 含有约 1.5%），锉刀，轴承滚道约为 1.0%

碳控制什么

硬度上限。 碳设定钢材完全淬火时可达到的最大硬度。这一关系起初陡峭，然后饱和：碳约 0.20% 的钢最多达到约 45 HRC，而碳约 0.60% 的钢可达到 60 多 HRC 中段。超过约 0.6–0.8% 后，额外碳增加的是耐磨碳化物而非更高硬度。

硬化深度是另一个问题。 这种硬度能深入多深 — 淬透性 — 是用锰、铬、钼或痕量硼买来的，而非用碳。混淆这两者是经典的规格错误：高碳素钢在厚截面表面下几毫米处仍可能软化。

可焊性则相反。 随着碳增加，热影响区更硬、更易开裂。行业用碳当量表达这一点，最常用的是 IIW 公式 CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15。CE 低的钢可自由焊接；当 CE 爬升到约 0.40–0.45 以上时，预热、受控热输入和低氢工艺变得必要 — 这就是结构牌号将碳限制在低区间内的原因。

韧性和延展性沿阶梯稳步下降：在给定强度下，伸长率和冲击能量在低碳区间最高，高碳钢以脆性换取硬度，而回火必须随后将韧性买回来。

如何选择梯级

工作规则是购买不超过应用所需的碳。焊接结构保持低碳；将被透淬和回火的部件位于中区间；只有以磨损或刃口寿命为代价的部件 — 弹簧、钢轨、工具 — 才值得高梯级及其制造成本。牌号名称常常偷偷给出答案：在 C45、1045 或 S45C 等名称中，数字是以百分之一百分比计的名义碳含量。