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碳结钢的时效通常有淬火时效和应变时效两种，都是由间隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。淬火时效 即钢由高温快速冷却后性能随时间而变化的现象。钢中含碳量、脱氧程度和含氮量对淬火时效都有很大影响。低碳钢、脱氧不充分的沸腾钢和含氮量较高的钢发生淬火时效显著。含碳约0.3%的中碳钢，由淬火时效所引起的性能变化已大为减弱。含碳约0.6%的高碳钢，实际上不起时效硬化作用（见金属热处理）。应变时效 经冷加工变形后的性能随时间而变化的现象。碳和氮对应变时效的影响，与对淬火时效的影响相似，磷也促进应变时效。低碳钢因冷变形而消失的屈服点，随时间的延长而逐渐恢复。应变时效比淬火时效更为复杂。如钢材经淬火后再进行冷加工，无论在室温或稍高温度下，均将加速其应变时效。
碳结钢钢水凝固过程中，由于体积收缩，在钢锭或连铸坯心部未能得到充分填充而形成的管状或分散孔洞。在热加工前，因为切头量过小或缩孔较深，造成切除不尽，其残留部分称为缩孔残余。缩孔残余分布在钢锭上部中心处，并与钢锭顶部贯通的叫一次缩孔。由于设计的钢锭模细长或上小下大，在浇铸凝固过程中，钢锭截口以下锭中心仍有未凝固的钢水，凝固后期不能充分填充，形成的孔洞叫二次缩孔。一次缩孔和二次缩孔有本质差别，前者只出现在钢锭头部，后者在钢锭上、中、下部位都有可能出现。一次缩孔酸洗试片中心区域呈不规则的折皱裂缝或空洞。在其上或附近常伴有严重的夹渣、成分偏析和疏松。二次缩孔孔洞中或附近没有夹渣，但有偏析生成碳物。一次缩孔残余和空气贯通的二次缩孔在轧制（锻造）过程中不能焊合，与空气隔绝的二次缩孔和连铸坯缩孔在轧制时一般能够焊合，不影响钢材使用性能。缩孔残余严重地破坏钢材的连续性，是钢材不允许存在的缺陷，轧制（锻造）时必然在钢坯上产生裂纹。为了防止缩孔的产生，要求正确设计钢锭模和保温帽尺寸，并采用性能优良的保护渣、保温剂（发热剂）和绝热板，把缩孔控制在钢锭头部，以保证在开坯时切掉。控制浇铸速度不要太快，温度不要过高可以防止缩孔产生。
碳结钢的用途，碳结钢牌号以数字来表示，数字低含碳量低。低碳钢包括碳结钢牌号为:08F，10F等，具有良好的塑性和韧性，常经表面热处理制造要求表面硬而耐磨、而心部有良好真心性的零件。低碳结钢的用途在于轧制薄板，深冲制品。中碳钢包括碳结钢牌号为:15#碳结钢、20#碳结钢、35#碳结钢、45#碳结钢等，性能适中，经调质热处理有较高的综合力学性能，中碳结钢的用途在于制造尺寸较小的调质零件，包括拉杆，轴套，齿轮，活塞销，紧固件等。高碳钢包括碳结钢牌号为:50#碳结钢、55#碳结钢、60#碳结钢、75#碳结钢等，则有较高的强度和硬度，高碳结钢的用途在于制造弹簧和要求耐磨的零件。 碳结钢淬透性较差，不适用于制造对性能要求较高、截面尺寸较大或形状较复杂的零件。
碳素钢碳结钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢，常限制含碳量。 碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。这些影响有时互相加强，有时互相抵消。①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少或部分抵消其热脆性。②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。③除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。
