Sifat Bahan Keluli Karbon

Keluli karbon ialah kelas aloi besi–karbon di mana besi (Fe) berfungsi sebagai matriks dan karbon (C) ialah unsur pengaloian utama, biasanya hadir pada kepekatan antara 0.002% ke 2.11% mengikut berat badan.

Ia kekal sebagai salah satu bahan kejuruteraan yang paling banyak digunakan kerana keberkesanan kos, fleksibiliti, dan sifat mekanikal boleh laras.

Tidak seperti keluli aloi, yang bergantung kepada penambahan unsur yang ketara seperti kromium, Nikel, atau molibdenum untuk menyesuaikan sifat, keluli karbon mencapai prestasinya terutamanya melalui interaksi antara kandungan karbon, Mikrostruktur, dan rawatan haba.

Di seluruh dunia, keluli karbon menyokong industri termasuk pembinaan, Pembuatan automotif, Pembuatan kapal, pengeluaran jentera, dan alat.

Kesesuaiannya untuk sektor ini timbul daripada keseimbangan antara kekuatan, Kemuluran, ketangguhan, Pakai rintangan, dan kebolehpasaran, menjadikannya bahan asas dalam kedua-dua aplikasi kejuruteraan tradisional dan lanjutan.

Memahami keluli karbon memerlukan a analisis pelbagai perspektif merangkumi komposisi kimia, Mikrostruktur, sifat mekanikal dan haba, tingkah laku kakisan, ciri elektrik, dan kaedah pemprosesan.

Setiap faktor ini secara langsung mempengaruhi prestasi material dalam aplikasi dunia sebenar.

1. Komposisi dan mikrostruktur

Karbon sebagai pembolehubah kawalan utama

Atom karbon menempati tapak interstisial dalam kekisi besi dan membentuk simentit (Fe₃c). Pecahan jisim karbon mengawal pecahan fasa dan suhu perubahan fasa:

• Rendah-C (≤ 0.25 wt%) — matriks ferit dengan pearlit tersebar: kemuluran dan kebolehkimpalan yang sangat baik.
• Sederhana-C (≈ 0.25–0.60% berat) - pecahan perlit meningkat; selepas pelindapkejutan-dan-temper keseimbangan kekuatan dan ketangguhan.
• Tinggi-C (> 0.60 wt%) — kandungan pearlit/simentit yang tinggi; kekerasan tinggi seperti dipadamkan dan rintangan haus; kemuluran terhad.

Rejim ini mengikut hubungan keseimbangan besi-karbon; struktur mikro sebenar dalam amalan bergantung pada kadar penyejukan dan penambahan aloi.

Elemen kecil dan peranannya

• Mangan (Mn) — bergabung dengan sulfur untuk membentuk MnS dan bukannya FeS, meningkatkan kebolehkerasan dan kekuatan tegangan, menapis bijirin. Biasa 0.3–1.2 wt%.
• Silikon (Dan) — penyahoksida dan pengukuh larutan pepejal (typ. 0.15–0.50% berat).
• Fosforus (P) dan Sulfur (S) — dikawal ke tahap ppm rendah; P dinaikkan menyebabkan kerapuhan pada suhu rendah; S menyebabkan sesak panas melainkan dikurangkan (Mis., Penambahan Mn atau penyahsulfuran).
• Penambahan aloi (Cr, Mo, Dalam, V, Dari) — apabila hadir dalam jumlah yang sederhana keluli menjadi "aloi rendah" dan memperoleh kebolehkerasan yang lebih baik, keliatan atau keupayaan suhu tinggi; ini memindahkan bahan melebihi keluarga "keluli karbon" mudah.

2. Peraturan Mikrostruktur melalui Rawatan Haba

Rawatan haba ialah tuil industri utama untuk menukar kimia keluli karbon yang sama kepada struktur mikro dan set sifat mekanikal yang berbeza.

Penyepuhlindapan (penuh / sepuh proses)

• Tujuan: melembutkan, hilangkan stress, menyeragamkan struktur mikro dan meningkatkan kebolehmesinan.
• Kitaran (tipikal): panaskan hanya di atas Ac3 (atau pada suhu austenitizing tertentu) → tahan untuk menyamakan (masa bergantung pada saiz bahagian; peraturan praktikal 15–30 min setiap 25 ketebalan mm) → relau perlahan sejuk (selalunya 20–50 °C/jam atau penyejukan relau yang tidak terkawal).
• Mikrostruktur yang dihasilkan: perlit kasar + Ferrite; sferoidisasi karbida boleh berkembang dengan rendaman subkritikal.
• Hasil harta: kekerasan paling rendah, kemuluran maksimum dan kebolehbentukan; berguna sebelum kerja sejuk berat atau pemesinan.

Menormalkan

• Tujuan: menapis bijirin, meningkatkan kekuatan dan keliatan berbanding dengan anil penuh.
• Kitaran (tipikal): haba di atas Ac3 → tahan ~15–30 min setiap 25 mm → sejuk dalam udara tenang.
• Mikrostruktur yang dihasilkan: perlit yang lebih halus daripada annea dengan saiz butiran yang lebih kecil.
• Hasil harta: hasil yang lebih tinggi/UTS daripada anil, keliatan takuk yang dipertingkatkan dan sifat mekanikal yang lebih seragam merentas bahagian.

Spheroidizing

• Tujuan: menghasilkan lembut, struktur mudah dimesinan untuk keluli karbon tinggi sebelum pemesinan.
• Kitaran (tipikal): pegangan berpanjangan (~10–40 jam) sedikit di bawah Ac1 (atau anil subkritikal kitaran) untuk menggalakkan kekasaran karbida menjadi sferoid.
• Mikrostruktur yang dihasilkan: matriks ferit dengan zarah simentit sferoidal (spheroidit).
• Hasil harta: kekerasan yang sangat rendah, kebolehmesinan dan kemuluran yang sangat baik.

Pelindapkejutan (pengerasan)

• Tujuan: mencipta permukaan martensit keras atau pukal dengan penyejukan pantas daripada austenit.
• Kitaran (tipikal): austenitize (suhu bergantung kepada kandungan karbon dan aloi, selalunya 800–900 °C) → tahan untuk homogenisasi → lindapkejutkan dalam air, pelindapkejut minyak atau polimer; kadar penyejukan mesti melebihi penyejukan kritikal untuk menindas pearlit/bainit.
• Mikrostruktur yang dihasilkan: martensit (atau martensit + austenit yang dikekalkan bergantung kepada Ms dan karbon), berpotensi bainit jika penyejukan adalah perantaraan.
• Hasil harta: kekerasan dan kekuatan yang sangat tinggi (martensit); tegasan tegangan sisa yang tinggi dan mudah terdedah kepada keretakan/ herotan tanpa kawalan yang betul.

Pembiakan

• Tujuan: mengurangkan kerapuhan martensit dan memulihkan keliatan sambil mengekalkan kekerasan.
• Kitaran (tipikal): memanaskan semula keluli yang dipadamkan kepada suhu pembajaan (150–650 °C bergantung pada kekerasan/kekerasan yang diingini), tahan (30–120 min bergantung pada bahagian) → udara sejuk.
• Evolusi mikrostruktur: martensit terurai kepada martensit terbaja atau karbida ferit+sferoid; pemendakan karbida peralihan; pengurangan tetragonal.
• Hasil harta: keluk tukar ganti: suhu pembajaan yang lebih tinggi → kekerasan yang lebih rendah, keliatan dan kemuluran yang lebih tinggi.
  Amalan perindustrian lazimnya menjahit pembajaan untuk menyasarkan HRC atau minimum mekanikal.

3. Sifat Mekanikal Keluli Karbon

Jadual di bawah memberikan perwakilan, julat berguna kejuruteraan untuk rendah-, medium- dan keluli karbon tinggi dalam keadaan yang biasa dihadapi (bekerja panas/dinormalkan atau dipadamkan & marah di mana dinyatakan).

Ini adalah tipikal nombor untuk panduan — ujian kelayakan diperlukan untuk aplikasi kritikal.

Keplastikan dan Keliatan

Keplastikan menerangkan keupayaan bahan untuk mengalami ubah bentuk kekal tanpa patah, manakala keliatan merujuk kepada kapasitinya untuk menyerap tenaga semasa beban hentaman:

• Keluli karbon rendah: Mempamerkan keplastikan yang sangat baik, dengan pemanjangan putus antara 20%–35% dan pengurangan luas daripada 30%–50%.
  Ketangguhan kesan takiknya (air) pada suhu bilik adalah di atas 100 J, proses yang membolehkan seperti lukisan dalam, setem, dan mengimpal tanpa retak.
  Ini menjadikannya bahan pilihan untuk komponen struktur berdinding nipis seperti panel automotif dan membina bar keluli.
• Keluli karbon sederhana: Mengimbangi keplastikan dan keliatan, dengan pemanjangan putus 10%–20% dan Akv 50–80 J pada suhu bilik.
  Selepas pelindapkejutan dan pembiakan, keliatannya dipertingkatkan lagi, mengelakkan kerapuhan keluli karbon tinggi yang dipadamkan, yang sesuai dengan aplikasi seperti aci penghantaran, gear, dan bolt.
• Keluli berkarbon tinggi: Mempunyai keplastikan yang lemah, dengan pemanjangan pada rehat di bawah 10% dan Akv selalunya kurang daripada 20 J pada suhu bilik.
  Pada suhu rendah, ia menjadi lebih rapuh, dengan kejatuhan mendadak dalam keliatan hentaman, jadi ia tidak sesuai untuk komponen galas beban yang tertakluk kepada beban dinamik atau hentaman.
  Sebaliknya, ia digunakan untuk bahagian statik yang memerlukan rintangan haus yang tinggi, seperti bilah pisau dan gegelung spring.

Rintangan Keletihan

Rintangan keletihan ialah keupayaan keluli karbon untuk menahan beban kitaran tanpa kegagalan, sifat kritikal untuk komponen seperti aci dan spring yang beroperasi di bawah tegasan berulang.

Keluli karbon rendah mempunyai kekuatan keletihan yang sederhana (kira-kira 150–200 MPa, 40%–50% daripada kekuatan tegangannya), manakala keluli karbon sederhana selepas pelindapkejutan dan pembajaan mempamerkan kekuatan keletihan yang lebih tinggi (250-350 MPa) kerana struktur mikronya yang halus.

Keluli berkarbon tinggi, apabila dirawat haba dengan betul untuk mengurangkan tekanan dalaman, boleh mencapai kekuatan keletihan 300–400 MPa,

tetapi prestasi keletihannya adalah sensitif terhadap kecacatan permukaan seperti calar dan retak, yang memerlukan kemasan permukaan yang teliti (Mis., menggilap, menembak peening) untuk meningkatkan kehidupan keletihan.

4. Sifat berfungsi

Di luar metrik mekanikal asas, keluli karbon mempamerkan satu set sifat kefungsian yang menentukan kesesuaiannya untuk persekitaran dan keadaan perkhidmatan.

Tingkah laku kakisan dan pengurangan

Keluli karbon tidak membentuk filem oksida pasif pelindung (tidak seperti keluli tahan karat yang mengandungi kromium); sebaliknya, pendedahan kepada oksigen dan lembapan menghasilkan longgar, oksida besi berliang (karat) yang membenarkan penembusan berterusan spesies menghakis.

Kadar kakisan atmosfera biasa untuk keluli karbon tidak dilindungi adalah secara kasar 0.1–0.5 mm/tahun, tetapi kadar memecut dengan ketara dalam berasid, persekitaran yang beralkali atau kaya dengan klorida (contohnya, dalam air laut).

Tindak balas kejuruteraan biasa:

• Perlindungan permukaan: galvanizing hot-dip, Electroplating, sistem cat organik, dan salutan penukaran kimia (Mis., memfosfatkan).
• Langkah reka bentuk: saliran untuk mengelakkan air bertakung, pengasingan logam yang tidak serupa, dan peruntukan untuk pemeriksaan/penyelenggaraan.
• Penggantian bahan: di mana pendedahan adalah teruk, nyatakan keluli tahan karat, aloi kalis kakisan atau gunakan pelapik/lapik yang teguh.

Pemilihan hendaklah berdasarkan persekitaran yang dijangkakan, hayat perkhidmatan dan strategi penyelenggaraan yang diperlukan.

Sifat terma dan had suhu perkhidmatan

Keluli karbon menggabungkan kekonduksian terma yang agak tinggi dengan pengembangan haba yang sederhana, yang menjadikannya berkesan untuk aplikasi pemindahan haba sambil menyediakan tingkah laku dimensi yang boleh diramal di bawah perubahan suhu.

Nilai dan implikasi berangka utama:

• Kekonduksian terma: ≈ 40–50 W·m⁻¹·K⁻¹ pada suhu bilik — lebih baik daripada keluli tahan karat biasa dan kebanyakan polimer kejuruteraan; sesuai untuk penukar haba, tiub dandang dan komponen relau.
• Pekali pengembangan haba: ≈ 11–13 × 10⁻⁶ /°C (20-200 ° C.), lebih rendah daripada aluminium dan serasi dengan banyak pemasangan berasaskan keluli.
• Rintangan suhu: Keluli karbon rendah boleh digunakan secara berterusan pada suhu sehingga 425 ℃, tetapi kekuatannya berkurangan dengan cepat melebihi 400 ℃ disebabkan oleh kekasaran dan pelembutan bijirin.
  Keluli karbon sederhana mempunyai suhu perkhidmatan berterusan maksimum 350 ℃, manakala keluli karbon tinggi dihadkan kepada 300 ℃ kerana kecenderungannya yang lebih tinggi kepada pelembutan haba.
  Di atas suhu ini, keluli aloi atau keluli tahan haba diperlukan untuk mengekalkan integriti struktur.

Sifat elektrik

Keluli karbon adalah konduktor elektrik yang baik, dengan kerintangan kira-kira 1.0 × 10⁻⁷ Ω·m pada suhu bilik—lebih tinggi daripada kuprum (1.7 × 10⁻⁸ Ω·m) tetapi lebih rendah daripada kebanyakan bahan bukan logam.

Kekonduksian elektriknya berkurangan sedikit dengan peningkatan kandungan karbon, kerana zarah simentit mengganggu aliran elektron bebas.

Manakala keluli karbon tidak digunakan untuk konduktor elektrik berkecekapan tinggi (peranan yang dikuasai oleh tembaga dan aluminium), ia sesuai untuk batang pembumian, Lampiran elektrik, dan komponen penghantaran arus rendah di mana kekonduksian adalah sekunder kepada kekuatan mekanikal.

5. Prestasi pemprosesan — kebolehkilangan dan tingkah laku membentuk

Kerja panas dan pembentukan sejuk

• Penempaan panas / bergulir: Rendah- dan keluli karbon sederhana mempamerkan kebolehkerjaan panas yang sangat baik.
  Pada ~1000–1200 °C struktur mikro bertukar kepada austenit dengan kemuluran yang tinggi dan rintangan ubah bentuk yang rendah, membolehkan pembentukan panas yang besar tanpa retak.
• Keluli karbon tinggi: Kebolehkerjaan panas adalah lebih lemah kerana kehadiran simentit keras; penempaan memerlukan suhu yang lebih tinggi dan kadar ubah bentuk terkawal untuk mengelakkan keretakan.
• Rolling sejuk / membentuk: Keluli karbon rendah sangat sesuai untuk pembentukan sejuk dan pengeluaran kepingan, membolehkan tolok nipis dengan kemasan permukaan yang baik dan kawalan dimensi.

Pertimbangan kimpalan dan amalan terbaik

Kebolehkimpalan sangat bergantung pada kandungan karbon dan risiko yang berkaitan untuk membentuk struktur martensit keras di zon yang terjejas haba (Haz):

• Keluli rendah karbon (C ≤ 0.20%): Kebolehkimpalan yang sangat baik dengan proses standard (arka, SAYA/MAG, TIG, kimpalan rintangan). Kecenderungan rendah untuk HAZ martensit dan keretakan akibat hidrogen.
• Keluli karbon sederhana (0.20% < C ≤ 0.60%): Kebolehkimpalan sederhana. Memanaskan (biasanya 150-300 ° C.) dan suhu interpass terkawal, ditambah dengan pembajaan selepas kimpalan, lazimnya diperlukan untuk mengurangkan tegasan sisa dan mengelakkan kerapuhan HAZ.
• Keluli karbon tinggi (C > 0.60%): Kebolehkimpalan yang lemah. Risiko pengerasan dan keretakan HAZ adalah tinggi; kimpalan biasanya dielakkan untuk komponen kritikal yang memihak kepada penyambungan mekanikal atau menggunakan padanan prosedur pengisi/kimpalan berisiko rendah dengan rawatan pra/selepas haba yang meluas.

Prestasi Pemesinan

Prestasi pemesinan merujuk kepada kemudahan keluli karbon boleh dipotong, digerudi, dan giling, yang ditentukan oleh kekerasannya, ketangguhan, dan mikrostruktur:

• Keluli karbon sederhana (Mis., 45# keluli): Mempunyai prestasi pemesinan yang terbaik.
  Kekerasan dan keliatannya yang seimbang mengurangkan haus alatan dan menghasilkan kemasan permukaan yang licin, menjadikannya bahan yang paling banyak digunakan untuk komponen mesin seperti aci dan gear.
• Keluli karbon rendah: Cenderung melekat pada alat pemotong semasa pemesinan kerana keplastikan yang tinggi, mengakibatkan kemasan permukaan yang buruk dan peningkatan kehausan alat.
  Ini boleh dikurangkan dengan meningkatkan kelajuan pemotongan atau menggunakan penyejuk pelincir.
• Keluli berkarbon tinggi: Di negeri annealed, kekerasannya yang berkurangan meningkatkan prestasi pemesinan; dalam keadaan padam, kekerasannya yang tinggi menyukarkan pemesinan, memerlukan penggunaan alat pemotong yang tahan haus seperti karbida bersimen.

6. Had dan Kaedah Peningkatan Prestasi

Walaupun banyak kelebihannya, keluli karbon mempunyai batasan yang wujud yang menyekat penggunaannya dalam senario tertentu, dan kaedah peningkatan yang disasarkan telah dibangunkan untuk menangani isu-isu ini.

Batasan utama

• Rintangan kakisan yang lemah: Seperti yang dinyatakan sebelum ini, keluli karbon terdedah kepada karat dalam kebanyakan persekitaran, memerlukan rawatan permukaan atau penggantian dengan bahan yang lebih tahan kakisan untuk kegunaan jangka panjang dalam keadaan yang teruk.
• Kekuatan suhu tinggi terhad: Kekuatannya berkurangan dengan ketara melebihi 400 ℃, menjadikannya tidak sesuai untuk komponen struktur suhu tinggi seperti bahagian enjin jet atau tiub dandang tekanan tinggi.
• Rintangan haus yang rendah: Keluli karbon tulen mempunyai rintangan haus yang agak rendah berbanding keluli aloi atau bahan yang dikeraskan permukaan, mengehadkan penggunaannya dalam aplikasi haus tinggi tanpa rawatan tambahan.

Kaedah Peningkatan Prestasi

Pelbagai pendekatan kejuruteraan metalurgi dan permukaan digunakan untuk memanjangkan hayat perkhidmatan dan mengembangkan sampul aplikasi:

• Pengerasan permukaan: Karburisasi, nitriding dan aruhan/pengerasan laser menghasilkan bekas tahan haus yang keras (kekerasan kes sehingga HRC ~60) dengan teras mulur—digunakan secara meluas pada gear, sesondol dan aci.
  Nitriding secara unik menawarkan pengerasan pada suhu yang lebih rendah dengan herotan yang minimum.
• Aloi / Keluli rendah aloi: Penambahan kecil terkawal Cr, Dalam, Mo, V dan lain-lain mengubah keluli karbon kepada gred aloi rendah dengan kebolehkerasan yang lebih baik, kekuatan suhu tinggi dan rintangan kakisan yang dipertingkatkan.
  Contoh: menambahkan 1–2% Cr kepada asas karbon sederhana menghasilkan aloi galas Cr (Mis., 40Cr) dengan kebolehkerasan yang unggul dan prestasi mekanikal.
• Salutan komposit dan pelapisan: Salutan semburan haba seramik, Pelapik polimer PTFE/epoksi, pelapisan logam atau tindanan kimpalan menggabungkan ekonomi struktur keluli karbon dengan permukaan tahan kimia atau tribologi—berkesan dalam pemprosesan kimia, pengendalian makanan dan perkhidmatan menghakis.
• Kemasan permukaan dan rawatan mekanikal: Menembak peening, menggilap, dan pengisaran permukaan terkawal mengurangkan penumpu tekanan dan meningkatkan hayat keletihan; pempasifan dan sistem salutan yang sesuai memperlahankan permulaan kakisan.

7. Aplikasi Perindustrian Biasa Keluli Karbon

Sampul surat harta keluli karbon yang luas, kos rendah dan rantaian bekalan matang menjadikannya bahan struktur dan berfungsi lalai merentasi banyak industri.

Pembinaan dan infrastruktur awam

Aplikasi: rasuk dan tiang struktur, Memperkukuhkan bar (rebar), komponen jambatan, fasad bangunan, bingkai berbentuk sejuk, cerucuk.
Mengapa keluli karbon: nisbah kos kepada kekuatan yang sangat baik, Kebolehbaburan, kebolehkimpalan dan kawalan dimensi untuk pembuatan berskala besar.
Pilihan biasa & pemprosesan: keluli karbon rendah atau keluli lembut (pinggan bergolek, bahagian bergulung panas, profil berbentuk sejuk); fabrikasi dengan memotong, kimpalan dan bolt; perlindungan kakisan dengan galvanizing, pengecatan atau sistem salutan dupleks.

Jentera, penghantaran kuasa dan peralatan berputar

Aplikasi: aci, gear, gandingan, gandar, Crankshafts, perumah galas.
Mengapa keluli karbon: gred sederhana karbon mengimbangi kebolehmesinan, kekuatan dan kebolehkerasan; boleh dikeraskan permukaan untuk rintangan haus sambil mengekalkan teras yang keras.
Pilihan biasa & pemprosesan: Keluli Medium-Carbon (Mis., 45#/1045 setara) dipadamkan & dibakar atau dikarburkan kemudian dikeraskan; pemesinan ketepatan, pengisaran, shot-peening untuk kehidupan keletihan.

Automotif dan pengangkutan

Aplikasi: Komponen casis, bahagian penggantungan, pengikat, panel badan (keluli ringan), komponen transmisi dan brek (keluli sederhana/tinggi karbon yang dirawat haba).
Mengapa keluli karbon: pengeluaran besar-besaran yang menjimatkan kos, kebolehcapaian, kebolehkimpalan dan kapasiti untuk pengerasan setempat.
Pilihan biasa & pemprosesan: keluli karbon rendah untuk panel badan (bergolek sejuk, bersalut); keluli sederhana/tinggi karbon untuk bahagian struktur dan haus dengan rawatan haba; salutan elektrik dan galvani untuk perlindungan kakisan.

Minyak, industri gas dan petrokimia

Aplikasi: paip, Tekanan Perumahan, badan alat lubang bawah, kolar penggerudian, sokongan struktur.
Mengapa keluli karbon: kekuatan dan ketersediaan ekonomi untuk paip berdiameter besar dan komponen struktur berat; kemudahan fabrikasi lapangan.
Pilihan biasa & pemprosesan: saluran paip keluli karbon dan bahagian tekanan kerap disalut atau dilapisi (lapisan tahan karat, pelapik polimer) dalam perkhidmatan menghakis; rawatan haba dan mikrostruktur terkawal untuk keliatan patah dalam iklim sejuk.

Penjanaan tenaga, dandang dan peralatan pemindahan haba

Aplikasi: tiub dandang, penukar haba, komponen struktur turbin (bahagian tidak panas), struktur sokongan.
Mengapa keluli karbon: kekonduksian terma yang tinggi dan kebolehfabrikan yang baik untuk aplikasi pertukaran haba di mana suhu kekal dalam had perkhidmatan.
Pilihan biasa & pemprosesan: rendah- kepada keluli karbon sederhana untuk tiub dan penyokong; di mana suhu atau media menghakis melebihi had, gunakan keluli aloi atau tahan karat.

Alat, Potong tepi, spring dan memakai bahagian

Aplikasi: Alat pemotongan, bilah ricih, pukulan, mata air, wayar mati, Pakai plat.
Mengapa keluli karbon: keluli karbon tinggi dan keluli alat boleh mencapai kekerasan yang sangat tinggi dan rintangan haus apabila dirawat haba.
Pilihan biasa & pemprosesan: gred karbon tinggi (Mis., T8/T10 atau setara keluli alat) dipadamkan dan dibakar kepada kekerasan yang diperlukan; pengisaran permukaan, rawatan kriogenik dan pengerasan kes untuk bahagian kritikal haus.

Marin dan pembinaan kapal

Aplikasi: plat badan kapal, ahli struktur, dek, kelengkapan dan pengikat.
Mengapa keluli karbon: bahan struktur ekonomi dengan fabrikasi yang baik dan kebolehbaikan di laut.
Pilihan biasa & pemprosesan: rendah- kepada keluli struktur karbon sederhana; salutan berat, perlindungan katodik dan pelapisan tahan kakisan adalah standard.
Penggunaan keluli luluhawa atau komposit terlindung di mana selang penyelenggaraan yang panjang diperlukan.

kereta api, peralatan berat dan perlombongan

Aplikasi: rel, Roda, gandar, bogie, boom jengkaut dan baldi, komponen penghancur.
Mengapa keluli karbon: gabungan kekuatan tinggi, keliatan dan keupayaan untuk dikeraskan permukaan untuk rintangan haus di bawah beban mekanikal yang melampau.
Pilihan biasa & pemprosesan: medium- dan keluli karbon tinggi dengan rawatan haba terkawal; aruhan atau pengerasan permukaan untuk permukaan sentuhan.

Saluran paip, tangki dan bekas tekanan (perkhidmatan tidak menghakis atau dilindungi)

Aplikasi: saluran paip air dan gas, tangki simpanan, kapal penahan tekanan (apabila kakisan dan suhu berada dalam had).
Mengapa keluli karbon: menjimatkan untuk jumlah yang besar dan mudah disambungkan ke lapangan.
Pilihan biasa & pemprosesan: plat dan paip karbon rendah dengan prosedur kimpalan yang layak untuk dikodkan; lapisan dalaman, salutan atau perlindungan katodik dalam perkhidmatan menghakis.

Barangan pengguna, perkakas dan fabrikasi am

Aplikasi: bingkai, kandang, pengikat, alat, perabot dan peralatan.
Mengapa keluli karbon: kos rendah, kemudahan membentuk dan kemasan, ketersediaan luas produk kepingan dan gegelung.
Pilihan biasa & pemprosesan: keluli karbon rendah tergelek sejuk, zink atau bersalut organik; setem, lukisan dalam, kimpalan titik dan salutan serbuk adalah perkara biasa.

Pengikat, kelengkapan dan perkakasan

Aplikasi: bolt, kacang, skru, pin, engsel dan penyambung struktur.
Mengapa keluli karbon: kapasiti untuk menjadi sejuk, dirawat haba dan disadur; prestasi yang boleh diramal dalam keadaan pramuat dan keletihan.
Pilihan biasa & pemprosesan: keluli karbon sederhana dan aloi untuk pengikat berkekuatan tinggi (dipadamkan & marah); Electroplating, fosfat tambah minyak atau galvanizing hot-dip untuk perlindungan kakisan.

Kegunaan baru muncul dan khusus

Aplikasi & trend: pembuatan bahan tambahan bahagian struktur (salutan serbuk dan arka dawai), struktur hibrid (lamina komposit keluli), penggunaan strategik keluli karbon berpakaian atau bergaris untuk menggantikan aloi yang lebih mahal.
Mengapa keluli karbon: ekonomi material dan kebolehsuaian menggalakkan penghibridan (substrat keluli dengan permukaan kejuruteraan) dan penggunaan pembuatan bentuk hampir bersih.

8. Kesimpulan

Keluli karbon kekal sebagai salah satu bahan logam yang paling banyak digunakan dalam industri moden kerana gabungannya keberkesanan kos, sifat mekanikal boleh laras, dan kebolehprosesan yang sangat baik.

Prestasinya dikawal terutamanya oleh kandungan karbon, Mikrostruktur, dan komposisi unsur surih, yang boleh dioptimumkan lagi melalui rawatan haba (penyepuhlindapan, pelindapkejutan, pembiakan, atau menormalkan) dan kejuruteraan permukaan (salutan, penyaduran, pelapisan, atau mengaloi).

Daripada a perspektif mekanikal, keluli karbon merangkumi spektrum yang luas: gred karbon rendah menawarkan kemuluran yang tinggi, Kebolehbaburan, dan kebolehkalasan; keluli karbon sederhana memberikan keseimbangan kekuatan, ketangguhan, dan kebolehkerjaan; keluli karbon tinggi unggul dalam kekerasan, Pakai rintangan, dan prestasi keletihan.

Di luar prestasi mekanikal, keluli karbon mempunyai sifat berfungsi seperti kekonduksian terma, kestabilan dimensi, dan kekonduksian elektrik, walaupun rintangan kakisan dan kekuatan suhu tinggi adalah terhad berbanding keluli aloi atau keluli tahan karat.

Kepelbagaian industri adalah ciri penentu keluli karbon. Aplikasinya terdiri daripada komponen pembinaan dan automotif ke jentera, tenaga, saluran paip, dan alat tahan haus, mencerminkan kebolehsuaiannya kepada permintaan mekanikal dan persekitaran yang pelbagai.

Had dalam kakisan, Pakai, dan prestasi suhu tinggi boleh dikurangkan melalui pengerasan permukaan, aloi, salutan pelindung, dan sistem hibrid atau berpakaian, memastikan keluli karbon kekal berdaya saing walaupun dalam keadaan yang mencabar.

Soalan Lazim

Bagaimanakah kandungan karbon mempengaruhi sifat keluli karbon?

Karbon meningkatkan kekerasan, kekuatan tegangan, dan memakai rintangan, tetapi mengurangkan kemuluran dan keliatan impak.

Keluli karbon rendah sangat boleh dibentuk; keluli karbon sederhana mengimbangi kekuatan dan kemuluran; keluli karbon tinggi adalah keras dan tahan haus tetapi rapuh.

Bolehkah keluli karbon menggantikan keluli tahan karat?

Keluli karbon sememangnya tidak tahan kakisan seperti keluli tahan karat.
Ia boleh menggantikan keluli tahan karat dalam persekitaran yang tidak menghakis atau apabila perlindungan permukaan (salutan, penyaduran, atau pelapisan) digunakan. Dalam persekitaran yang sangat menghakis, keluli tahan karat atau keluli aloi adalah lebih baik.

Adakah keluli karbon sesuai untuk aplikasi suhu tinggi?

Keluli karbon rendah boleh digunakan secara berterusan sehingga ~425℃, keluli karbon sederhana sehingga ~ 350 ℃, dan keluli karbon tinggi sehingga ~300℃. Untuk suhu melebihi had ini, keluli aloi atau tahan haba disyorkan.

Bagaimana keluli karbon dilindungi daripada kakisan?

Kaedah biasa termasuk galvanizing hot-dip, Electroplating, lukisan, memfosfatkan, menggunakan salutan polimer atau seramik, atau menggunakan alternatif aloi rendah atau tahan karat untuk persekitaran yang keras.