Kohlenstoffstahl ist eine Metalllegierung, die durch die Kombination von Eisen und Kohlenstoff entsteht. Stahl wird typischerweise als Kohlenstoffstahl angesehen, wenn die Anteile anderer Spurenelemente darin bestimmte Prozentsätze nicht überschreiten. Die maximalen Prozentsätze betragen typischerweise 1.65 Prozent für Mangan und 0.6 Prozent für Kupfer und Silizium. Der Kupferanteil muss mindestens 0.4 Prozent betragen. Stahl, der auch höhere oder spezifizierte Mengen anderer Elemente wie Nickel, Chrom oder Vanadium enthält, wird als legierter Stahl bezeichnet.
Hersteller fügen Eisen Kohlenstoff hinzu, um die Strukturen darin zu verfestigen und das resultierende Metall zu verstärken. Es ist eines der kostengünstigsten Legierungsmaterialien, und die Änderung des Kohlenstoffgehalts verändert die Eigenschaften des Stahls. Kohlenstoffstähle können in Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt und Stähle mit ultrahohem Kohlenstoffgehalt klassifiziert werden.
Stähle mit sehr geringen Kohlenstoffanteilen, etwa 0.05 bis 0.3 Prozent, werden als kohlenstoffarme Stähle bezeichnet und ähneln Eisen. Sie sind sehr duktil, was sie schwer zu bearbeiten macht. Sie werden zur Herstellung von flachgewalzten Blechen oder Stahlbändern verwendet, die zur Herstellung von Schiffen, Drahtprodukten, Autokarosserien, Haushaltsgeräten, Weißblech und mehr verwendet werden. Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt sind billiger, können aber durch Wärmebehandlung nicht verändert werden, weshalb sie im Allgemeinen für Fertigungs- und Verkleidungszwecke verwendet werden.
Eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts macht den Kohlenstoffstahl härter und fester, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität des Stahls und macht den Stahl spröder. Hersteller fügen Kohlenstoffstahl auch Spuren anderer Legierungsmaterialien hinzu, die die Eigenschaften des Stahls nicht beeinflussen, aber es ihnen ermöglichen, bestimmte Qualitäten des Stahls zu kontrollieren. Betroffen sind unter anderem die Elastizität, Festigkeit und Härte des Stahls.
Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt haben einen höheren Kohlenstoffgehalt von etwa 0.3 bis 0.6 Prozent. Diese sind einfacher zu bearbeiten, und einige Hersteller fügen dem Stahl ein wenig Silizium und Mangan hinzu, um seine Qualität zu verbessern. Diese Stähle sind immer noch billig und werden verwendet, um Dinge wie Achsen, Zahnräder, Wellen, Schienen, Rohrleitungen und Kupplungen herzustellen.
Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt sind sehr schwer zu schweißen, da sie Kohlenstoff im Bereich von 0.6 bis 1.0 Prozent enthalten. Zudem weisen sie höhere Mangananteile auf, die zur Erhöhung der Härtbarkeit des Stahls hinzugefügt werden. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist sehr hitzeempfindlich und lässt sich leicht flammhärten, wodurch er in viele verschiedene Formen verarbeitet werden kann. Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt haben eine höhere Zugfestigkeit und werden zur Herstellung von Produkten wie Schneidwerkzeugen, Klingen, Federn und hochfesten Drähten verwendet.
Stähle mit ultrahohem Kohlenstoffgehalt besitzen Kohlenstoff im Bereich von 1.25 Prozent bis 2.0 Prozent. Es ist nicht möglich, diese Art von Kohlenstoffstahl kalt zu bearbeiten, da er ziemlich spröde ist. Stähle mit ultrahohem Kohlenstoffgehalt werden verwendet, um Komponenten herzustellen, die eine extreme Härte erfordern, wie Klingen, Schneidwerkzeuge und große Teile. Sie sind sehr hitzeempfindlich und besitzen eine gute Bearbeitbarkeit und eine hervorragende Verschleißfestigkeit.