高碳鋼 (high carbon steel)
碳含量大于0.65％的碳素鋼。它包括碳素工具鋼和一部分碳素結構鋼。主要用于制作尺寸較小的工具和彈簧等。
碳含量小于0.77％的亞共析碳鋼退火組織是珠光體和少量鐵素體，碳含量為0.77％的共析碳鋼退火組織為珠光體，碳含量大于0.77％的過共析碳鋼退火組織為珠光體和少量網狀滲碳體。過共析碳鋼鍛、軋后空冷或堆冷時，沿奧氏體晶界析出網狀滲碳體，降低鋼的塑性和韌性，增加脆性，使工具容易崩刃。因此，用于制造工具的過共析碳鋼要防止和消除網狀滲碳體。為此，鍛造時必須在析出先共析滲碳體的溫度區域反復鍛造，破碎已析出的網狀滲碳體，然后快速冷卻；或者停鍛溫度控制在過共析碳鋼上臨界溫度Arcm以上，停鍛后用吹風、噴霧等方法快速冷卻，也可抑制網狀滲碳體的析出。高碳鋼鍛、軋后冷卻過程中形成層片狀珠光體組織，其硬度高，切削加工性不好，容易產生淬火變形和開裂。過共析碳鋼要進行球化退火，使珠光體中的滲碳體球化，得到鐵素體基體上均勻地分布著球狀滲碳體的組織。球化退火的關鍵是，加熱溫度的選擇和冷卻速度的控制。球化退火加熱溫度一般取下臨界溫度Ac1以上20～30℃，冷卻速度要%26le;20℃/h。球化退火方法有一般球化退火、等溫球化退火和周期球化退火等。淬火時共析碳鋼和亞共析碳鋼采用完全淬火，其淬火組織為馬氏體和少量殘留奧氏體：過共析碳鋼采用不完全淬火，其淬火組織為馬氏體、球狀滲碳體和殘留奧氏體。碳鋼的淬透性較差，尺寸較大的工件心部會出現非淬火組織。
經球化退火的鋼應具有較低的硬度和較好的塑性。但是有時發現硬度雖然很低，脆性卻很大，一折即斷，其斷口呈黑色。金相檢查發現鋼中部分滲碳體分解而出現石墨，這種現象稱為石墨化，其原因主要是退火溫度過高，保溫時間過長，冷卻過緩。鋼中硅含量過高，錳含量過低，殘余鋁含量過高，也促進石墨化。鋼中一旦出現石墨就無法用熱處理方法消除，所以應注意預防。
鋼材在加熱過程中表層碳與周圍介質中的氧化合，使鋼材的表層碳含量降低，引起表層脫碳。高碳鋼的脫碳傾向較大。由于脫碳層碳含量較低，淬火后表層硬度不足，耐磨性較低。所以脫碳的切削工具其切削性能較低，工具壽命較短。表層脫碳還使鋼在淬火時容易形成表層微裂紋，降低工件的疲勞壽命，這對彈簧的壽命危害極大。因此高碳鋼制件熱處理時要以鹽浴脫氧、控制氣氛、涂料保護等方法防止脫碳。
高碳鋼強度高、彈性好、硬度高、耐磨性好，但是其塑性和韌性低、熱加工性和切削加工性差。高碳鋼主要用于制作各種木工工具、銼刀、鋸條、絲錐、刨刀、小進給量車刀、鉆頭等金屬切削工具以及卡規、卡尺等量具和簡單模具。高碳鋼還可用于制作各種類型的彈簧、鋼絲和負荷不大的軋輥。
