碳钢是铁和碳以及少量其他几种元素的合金，所有这些元素都会对其性能产生影响。钢可能含有不同数量的碳，通常分为低碳钢、中碳钢或高碳钢。低碳钢是指碳含量在 0.30% 或以下的钢。中碳钢含有 0.31 至 0.45% 的碳。含0.45%以上的为高碳钢。

碳含量会影响钢的性能，例如强度、硬度和延展性。它还对可焊性和可加工性产生巨大影响。

1. 强度——随着钢中碳含量的增加，其强度也会增加。其原因是碳原子占据了晶格中铁原子之间的间隙。这是一种奇特的说法，碳原子位于铁原子之间，不会将它们推开。这导致原子之间的空间更加拥挤，进而使材料更难错位。在焊接中，我们通常关注抗拉强度和屈服强度。

抗拉强度是钢在拉伸张力下抵抗断裂的能力。屈服强度是在开始永久改变形状之前可以施加的最大应力。屈服强度将始终低于极限抗拉强度。在高碳钢中，拉伸强度和屈服强度之间的差异非常小，而在低碳钢中则很大。这将在下面讨论硬度和延展性时进行解释。

2. 硬度——与强度非常相似，因为随着碳含量的增加，硬度也会增加。然而，当我们谈论硬度时，我们不仅仅指屈服强度和抗拉强度。钢材硬度描述了钢材能够抵抗塑性变形(屈服强度)以及压痕、穿透和划伤的特性。当我们进行硬表面处理时，我们通常会关注焊接硬度。在此应用中，我们正在寻找耐磨损和耐冲击的焊缝。

3. 延展性——随着钢中碳含量的增加，延展性下降。延展性是材料在断裂前在拉伸应力下维持塑性(永久)变形的能力。延展性在焊接中非常重要。通常，我们需要高延展性，因为它可以防止开裂。高延展性还意味着钢材、钢焊件或钢结构会发生塑性变形，并在发生断裂之前很久就发出存在问题的视觉警告。强度和延展性之间应该始终保持良好的平衡。有关此主题的更多信息，请阅读高强度钢中欠匹配填充金属的优势。

4.可焊性——可焊性是焊接金属而不开裂的能力或其他焊接缺陷。它不是指我们是否可以沉积美观的焊缝。可焊性受许多因素的影响。碳显着影响可焊性。在钢中，随着碳含量的增加，其开裂的可能性也会增加。通常，除非厚度超过 1 英寸，否则低碳钢不会出现开裂的危险。低碳钢通常在其厚度超过 ¾ 英寸时应进行预热。中碳钢存在中度开裂风险，应始终进行预热。高碳钢极易开裂，焊接时必须格外小心。这方面的一个例子是焊接铸铁，它可能含有大约 2-3% 的碳，或者是低碳钢的 10 倍。

5. 可加工性——因为碳会影响强度，所以也会影响可加工性。含碳量越高，越难加工。通常，任何超过 0.20% 的碳都不再被视为易加工钢。还有其他元素也会影响强度，例如铬和钼，它们会增加强度并降低可加工性。其他元素，例如硫，可以软化钢材并有助于机械加工。

如您所见，了解钢材的碳含量对于设计和焊接工程师来说极其重要。但是所有参与制造的人，尤其是那些参与焊接的人，都应该对其影响有一个基本的了解。