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碳結鋼的時效通常有淬火時效和應變時效兩種，都是由間隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。淬火時效 即鋼由高溫快速冷卻后性能隨時間而變化的現象。鋼中含碳量、脫氧程度和含氮量對淬火時效都有很大影響。低碳鋼、脫氧不充分的沸騰鋼和含氮量較高的鋼發生淬火時效顯著。含碳約0.3%的中碳鋼，由淬火時效所引起的性能變化已大為減弱。含碳約0.6%的高碳鋼，實際上不起時效硬化作用（見金屬熱處理）。應變時效 經冷加工變形后的性能隨時間而變化的現象。碳和氮對應變時效的影響，與對淬火時效的影響相似，磷也促進應變時效。低碳鋼因冷變形而消失的屈服點，隨時間的延長而逐漸恢復。應變時效比淬火時效更為復雜。如鋼材經淬火后再進行冷加工，無論在室溫或稍高溫度下，均將加速其應變時效。
碳結鋼脫氧方法符號：F——沸騰鋼b——半鎮靜鋼Z——鎮靜鋼TZ——特殊鎮靜鋼雜質影響Mn元素的影響鋼中常在雜質有：Si、Mn、S、P和氧、氫、氮等氣體。Mn是煉鋼時用錳鐵給鋼液脫氧后而殘余在鋼中的元素錳有較強的脫氧能力，錳大部分溶于F，使鋼強化，錳對鋼有益。錳能降低S對鋼的危害。一般碳素鋼中把錳控制在0.25%~0.8%范圍內。Si元素的影響Si主要來自原料生鐵和硅鐵脫氧劑。Si比錳脫氧能力強，硅溶于F，提高鋼的強度和硬度，但會使塑性和韌性降低。硅促進Fe3C分解成石墨，若鋼中出現石墨會使鋼的韌性嚴重下降，產生所謂的“黑脆”。硅在碳素鋼中一般控制在0.17~0.37%范圍內S元素的影響S可使鋼的“熱脆”性增加。（S不溶于α-Fe，而以化合物FeS的形式存在，其熔點為1190℃，而FeS又能于Fe形成共晶體分布于晶界上，其熔點僅為985℃。）S對鋼的焊接性能也有不良影響，容易導致焊縫熱裂。所以，S在鋼中是有害雜質，其含量一般要求不大于0.05%。但是，S能改善鋼材的切削性能。
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碳素鋼碳結鋼的性能主要取決于鋼的含碳量和顯微組織。在退火或熱軋狀態下，隨含碳量的增加，鋼的強度和硬度升高，而塑性和沖擊韌性下降。焊接性和冷彎性變差。所以工程結構用鋼，常限制含碳量。 碳素鋼中的殘余元素和雜質元素如錳、硅、鎳、磷、硫、氧、氮等，對碳素鋼的性能也有影響。這些影響有時互相加強，有時互相抵消。①硫、氧、氮都能增加鋼的熱脆性，而適量的錳可減少或部分抵消其熱脆性。②殘余元素除錳、鎳外都降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性。③除硫和氧降低強度外，其他雜質元素均在不同程度上提高鋼的強度。④幾乎所有的雜質元素都能降低鋼的塑性和焊接性。
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