L’acciaio al carbonio è una lega metallica che si forma come risultato della combinazione di ferro e carbonio. L’acciaio in genere è considerato acciaio al carbonio quando le proporzioni di altri oligoelementi in esso contenuti non superano determinate percentuali. Le percentuali massime sono tipicamente dell’1.65 percento per il manganese e dello 0.6 percento per il rame e il silicio. La percentuale di rame deve essere almeno dello 0.4 percento. L’acciaio che contiene anche quantità maggiori o specificate di altri elementi, come nichel, cromo o vanadio, è chiamato acciaio legato.
I produttori aggiungono carbonio al ferro per solidificare le strutture al suo interno e rafforzare il metallo risultante. È uno dei materiali di lega più convenienti e l’alterazione della quantità di carbonio modifica le proprietà dell’acciaio. Gli acciai al carbonio possono essere classificati come acciai a basso tenore di carbonio, acciai a medio tenore di carbonio, acciai ad alto tenore di carbonio e acciai ad altissimo tenore di carbonio.
Gli acciai con quantità molto basse di carbonio, dallo 0.05% allo 0.3% circa, sono chiamati acciai a basso tenore di carbonio e sono simili al ferro. Sono molto duttili, il che li rende difficili da lavorare. Sono utilizzati per realizzare lamiere laminate o nastri di acciaio che vengono utilizzati per creare navi, prodotti in filo metallico, carrozzerie, elettrodomestici, lamiere e altro ancora. Gli acciai a basso tenore di carbonio sono più economici, ma non possono essere modificati dal trattamento termico, motivo per cui vengono generalmente utilizzati per scopi di fabbricazione e pannellatura.
L’aumento del contenuto di carbonio rende l’acciaio al carbonio più duro e resistente, ma riduce la saldabilità e la duttilità dell’acciaio e rende l’acciaio più fragile. I produttori aggiungono anche tracce di altri materiali in lega all’acciaio al carbonio che non influiscono sulle proprietà dell’acciaio ma consentono loro di controllare determinate qualità dell’acciaio. Tra le qualità interessate vi sono l’elasticità, la resistenza e la durezza dell’acciaio.
Gli acciai a medio tenore di carbonio hanno un contenuto di carbonio più elevato compreso tra lo 0.3% e lo 0.6% circa. Questi sono più facili da lavorare e alcuni produttori aggiungono un po’ di silicio e manganese all’acciaio per migliorarne la qualità. Questi acciai sono ancora economici e vengono utilizzati per realizzare oggetti come assi, ingranaggi, alberi, rotaie, tubazioni e giunti.
Gli acciai ad alto tenore di carbonio sono molto difficili da saldare perché contengono carbonio nell’intervallo dallo 0.6% all’1.0%. Hanno anche proporzioni più elevate di manganese, che viene aggiunto per aumentare la temprabilità dell’acciaio. L’acciaio ad alto tenore di carbonio è molto suscettibile al calore e si indurisce facilmente alla fiamma, il che gli consente di essere lavorato in molte forme diverse. Gli acciai ad alto tenore di carbonio hanno una maggiore resistenza alla trazione e vengono utilizzati per creare prodotti come utensili da taglio, lame, molle e fili ad alta resistenza.
Gli acciai ad altissimo tenore di carbonio possiedono carbonio nell’intervallo dall’1.25 percento al 2.0 percento. Non è possibile lavorare a freddo questo tipo di acciaio al carbonio, perché è piuttosto fragile. Gli acciai ad altissimo tenore di carbonio vengono utilizzati per creare componenti che richiedono estrema durezza, come lame, utensili da taglio e pezzi di grandi dimensioni. Sono molto sensibili al calore e possiedono una buona lavorabilità e una resistenza all’usura superiore.