低碳鋼(mild steel)為碳含量低于0.25%的碳素鋼，因其強(qiáng)度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和一部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大多不經(jīng)熱處理用于工程結(jié)構(gòu)件，有的經(jīng)滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機(jī)械零件。低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好，可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進(jìn)行冷成形。這種鋼還具有良好的焊接性。含碳量從0.10%至0.30%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削， 常用于制造鏈條， 鉚釘， 螺栓， 軸等。
低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強(qiáng)度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進(jìn)行冷成形。這種鋼材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳鋼硬度很低，切削加工性不佳，正火處理可以改善其切削加工性。
低碳鋼有較大的時(shí)效傾向，既有淬火時(shí)效傾向，還有形變時(shí)效傾向。當(dāng)鋼從高溫較快冷卻時(shí)，鐵素體中碳、氮處于過(guò)飽和狀態(tài)，它在常溫也能緩慢地形成鐵的碳氮物，因而鋼的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為淬火時(shí)效。低碳鋼即使不淬火而空冷也會(huì)產(chǎn)生時(shí)效。低碳鋼經(jīng)形變產(chǎn)生大量位錯(cuò)，鐵素體中的碳、氮原子與位錯(cuò)發(fā)生彈性交互作用，碳、氮原子聚集在位錯(cuò)線周圍。這種碳、氮原子與位錯(cuò)線的結(jié)合體稱歲柯氏氣團(tuán)(柯垂耳氣團(tuán))。它會(huì)使鋼的強(qiáng)度和硬度提高而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為形變時(shí)效。形變時(shí)效比淬火時(shí)效對(duì)低碳鋼的塑性和韌性有更大的危害性，在低碳鋼的拉伸曲線上有明顯的上、下兩個(gè)屈服點(diǎn)。自上屈服點(diǎn)出現(xiàn)直到屈服延伸結(jié)束，在試樣表面出現(xiàn)由于不均勻變形而形成的表面皺褶帶，稱為呂德斯帶。不少?zèng)_壓件往往因此而報(bào)廢。其防止方法有兩種。一種高預(yù)形變法，預(yù)形變的鋼放置一段時(shí)間后沖壓時(shí)也會(huì)產(chǎn)生呂德斯帶，因此預(yù)形變的鋼在沖壓之前放置時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。另一種是鋼中加入鋁或鈦，使其與氮形成穩(wěn)定的化合物，防止形成柯氏氣團(tuán)引起的形變時(shí)效。
低碳鋼一般軋成角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼帶或鋼板，用于制作各種建筑構(gòu)件、容器、箱體、爐體和農(nóng)機(jī)具等。優(yōu)質(zhì)低碳鋼軋成薄板，制作汽車駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等深沖制品;還軋成棒材，用于制作強(qiáng)度要求不高的機(jī)械零件。低碳鋼在使用前一般不經(jīng)熱處理，碳含量在0.15%以上的經(jīng)滲碳或氰化處理，用于要求表層溫度高、耐磨性好的軸、軸套、鏈輪等零件。
低碳鋼由于強(qiáng)度較低，使用受到限制。適當(dāng)增加碳鋼中錳含量，并加入微量釩、鈦、鈮等合金元素，可大大提高鋼的強(qiáng)度。若降低鋼中碳含量并加入少量鋁、少量硼和碳化物形成元素，則可得到超低碳貝氏體組夠其強(qiáng)度很高，并保持較好的塑性和韌性。
原先由于低碳鋼固有的特性，使其使用范圍大大受到局限，隨著國(guó)內(nèi)一些新技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用，低碳鋼的許多新興用途得到了很好的開(kāi)發(fā)利用，目前國(guó)內(nèi)一些大型鋼廠或鋼鐵貿(mào)易公司都積極地與國(guó)內(nèi)的大型吊索具企業(yè)密切合作，共同開(kāi)發(fā)出一系列高技術(shù)高精密高質(zhì)量的索具產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)乃至全球的索具行業(yè)，起到了很好的技術(shù)推動(dòng)作用。這也給我們對(duì)低碳鋼的綜合利用，指明了新的道路。
低碳鋼為韌性材料。其拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要分四個(gè)階段:彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、局部變形階段，在局部變形階段有明顯的屈服和頸縮現(xiàn)象。開(kāi)始時(shí)為彈性階段，完全遵守胡克定律沿直線上升，比例極限以后變形加快，但無(wú)明顯屈服階段。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品中80%以上零件的報(bào)廢是由于表面失效造成的，而真正因材料整體強(qiáng)度不足產(chǎn)生斷裂或變形的零件失效所占的比例很小（事實(shí)上，許多零件發(fā)生破裂，其裂紋也首先是從表面產(chǎn)生的）。因此，提高材料表面耐磨性、耐蝕性、抗疲勞性能及強(qiáng)度，是延長(zhǎng) 零部件使用壽命、合理配置性能、保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。因此，表面熱處理技術(shù)，得到了人們的極大關(guān)注，發(fā)展很快，對(duì)各類構(gòu)件的性能的提高發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
滲層深度一般為0.1~1.5mm，屬中等深度，主要用于表面硬化。表層組織為（馬氏體+碳化物+殘留奧氏體），表層應(yīng)力狀態(tài)為高殘余壓應(yīng)力。經(jīng)淬火后，表面硬度可達(dá)58~65HRC，心部硬度一般為30HRC左右，具有良好的耐磨性，有好的接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度、抗 粘著咬合能力及較高沖擊韌性。熱處理變形傾向較大，但不易開(kāi)裂。本工藝適用鋼材為低碳鋼和低碳合金鋼，如15、20、12CeNi3、20Cr2Ni4、20Cr、15CrMo、20CrMo、20CrMnTi等及鐵基粉末冶金材料，主要用于表面要求耐磨、耐疲勞，而心部韌性好的重載荷零件。本工藝所用鋼材成本較低或中等，設(shè)備投資較高。本工藝滲層較淺，一般為0.1~1.0mm，大多用于表面硬化。表層組織為（碳氮化合物+含氮馬氏體+殘留奧氏體），表層為高殘余壓應(yīng)力狀態(tài)。淬火后，表面硬度達(dá)60~65HRC，耐磨性較高，有良好的接觸疲勞強(qiáng)度和良好的彎曲疲勞強(qiáng)度及好的抗咬合能力和好的沖擊韌性。
熱處理變形傾向及開(kāi)裂傾向同滲碳淬火工藝。本工藝適用鋼材為低碳鋼、低碳合金鋼、中碳合金鋼及鐵基粉末冶金材料，如中碳合金鋼40Cr、35CrMo、42CrMo等，低碳鋼、低碳合金鋼及鐵基粉末冶金材料同滲碳淬火。主要用于表面要求耐磨、耐疲勞，而心部韌性好的 中載荷零件。本工藝滲層較薄，一般為0.1~0.4mm，主要用于表面硬化。表層組織為（氮碳化合物+含氮固溶體），表層為高殘余壓應(yīng)力狀態(tài)。滲氮后，表面硬度一般為800~1200HV（63~71HRC），耐磨性很高，同時(shí)具有良好的接觸疲勞強(qiáng)度、良好的彎曲疲勞強(qiáng)度、良好的抗咬合能力及較好的沖擊韌性。氮化處理變形傾向及開(kāi)裂傾向很小。滲氮后的零件，一般不再進(jìn)行加工。特殊情況下，只能進(jìn)行加工量很小的精磨。本工藝適用材料為中碳合金滲氮鋼及球墨鑄鐵，如38CrMoAl、3Cr13、35CrMo、42CrMo、20CrMnTiT、QT600-3等。主要用于表面耐磨性要求很高的重要零件。
滲層的化合物層一般為0.005~0.020mm，主要用于表面硬化。表面硬化層組織為（表面碳氮化合物層+內(nèi)部氮擴(kuò)散層），表面為高殘余壓應(yīng)力狀態(tài)。氮碳共滲后，表面硬度一般為500~800HV（50~63HRC），耐磨性較高，接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度較好，抗咬合能力最好。氮碳共滲處理變形傾向及開(kāi)裂傾向很小。氮碳共滲處理，一般都是最后工序，不允許再經(jīng)加工。根據(jù)選用頻率不同，硬化層范圍為0.8~50mm，主要用于表面硬化。表面組織為馬氏體，表層為高的殘余壓應(yīng)力狀態(tài)。表面硬度可達(dá)55~65HRC，具有高的耐磨性，好的接觸疲勞強(qiáng)度，好的彎曲疲勞強(qiáng)度和較好的抗咬合能力。變形及開(kāi)裂傾向較小。感應(yīng)淬火后，一般都要經(jīng)過(guò)磨削加工。火焰淬火的表面硬化層一般在1~12mm，主要用于表面硬化。表層組織為淬火馬氏體，表層為高的壓應(yīng)力狀態(tài)。表面硬度可達(dá)55~63HRC，表面耐磨性高，具有好的接觸疲勞強(qiáng)度，好的彎曲疲勞強(qiáng)度和較好的抗咬合能力。淬火變形及開(kāi)裂傾向較小。火焰淬火后，一般都要經(jīng)過(guò)磨削加工。本工藝適用材料為中碳鋼或中碳合金鋼。主要用于表面要求耐磨的零件。
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