Karbon çelikleri, çeliğin karbon içeriğine göre sınıflandırılan ve birçok endüstride kullanılan bir çelik türüdür. Karbon çeliği, demir ve karbon elementlerinden oluşan bir metaldir. Karbon, çeliğe sertlik ve dayanıklılık kazandırır ve bu fiziksel özelliklerin derecesini belirler. Karbon çeliği, paslanmaz çelik olmayan çeliklere de atıfta bulunmak için kullanılabilir.
Karbon çelikleri dört ana kategoriye ayrılır: düşük karbonlu ve hafif karbonlu çelik, orta karbonlu çelik, yüksek karbonlu çelik ve ultra yüksek karbonlu çelik. Düşük karbonlu ve hafif karbonlu çelikler %0,16–0,29 arasında karbon içerirler. Bu çelikler, nispeten düşük maliyetli olmaları ve birçok uygulama için kabul edilebilir malzeme özellikleri sağlamaları nedeniyle en yaygın kullanılan çelik türüdür. Bu çelikler ne kırılgan ne de esnektir, ancak şekillendirilebilirler. Yüzey sertliği karbürleştirme ile artırılabilir. Orta karbonlu çelikler yaklaşık %0,30–0,59 arasında karbon içerirler. Bu çelikler esneklik ve dayanıklılık arasında bir denge sağlarlar ve iyi bir aşınma direncine sahiptirler. Bunlar dövme ve büyük endüstriyel ve otomotiv bileşenleri için kullanılırlar. Yüksek karbonlu çelikler yaklaşık %0,6–0,99 arasında karbon içerirler. Bu çelikler ısıl işlem ile daha sert ve daha güçlü hale gelirler; ancak daha az şekillendirilebilir olurlar. Isıl işlemden bağımsız olarak, daha yüksek karbon içeriği kaynaklanabilirliği azaltır. Karbon çeliklerinde, daha yüksek karbon içeriği erime noktasını düşürür. Ultra yüksek karbonlu çelikler yaklaşık %1–2 arasında karbon içerirler. Bu çelikler büyük sertliğe sahip olabilirler ve bıçaklar, balta, ya da zımba gibi özel ürünler için kullanılırlar. Karbon içeriği %1,2’nin üzerinde olan çelikler genellikle toz metalurjisi ile oluşturulurlar. Karbon içeriği %2’nin üzerinde olan çeliklere dökme demir denir.
Karbon çelikleri diğer metaller veya malzemeler ile alaşımlanarak özellikleri iyileştirilebilir. Çeliğe sıklıkla eklenen bazı elementler krom, molibden, nikel ve silisyumdur. Krom daha küçük miktarlarda (%0,5-2) sertleştirilebilirliği artırmak ve daha büyük miktarlarda (%4-18) korozyon direncini artırmak için eklenir. Molibden %0,25-0,40 arasında miktarlarda tokluğu artırmak için eklenir². Nikel daha küçük miktarlarda (%2-5) tokluğu artırmak ve daha büyük miktarlarda (%12-20) korozyon direncini artırmak için eklenir. Silisyum daha küçük miktarlarda (%0,2-0,7) dayanımı artırmak ve daha büyük miktarlarda (%2’den fazla) manyetik özelliklerini iyileştirmek için eklenir.
Karbon çeliklerinin seçimi, istenen boyutlara ve özelliklere bağlıdır. Dikkate alınması gereken boyutlar arasında dış çap, iç çap, toplam uzunluk ve toplam kalınlık bulunur. Uygulamaya bağlı olarak önemli olan diğer özellikler şunlardır:
- Ürün şekli
- Çekme dayanımı
- Akma dayanımı
- Erime noktası
- Korozyon direnci
- Esneklik
- Şekillendirilebilirlik
Bu özellikler, şekillendirme yöntemine ve alaşım bileşimine bağlı olarak değişir.
Karbon çelikleri, bugün dünyada havacılık, uçak, otomotiv, kimya ve savunma gibi neredeyse her endüstride kullanılan temel metallerdir. Alaşımlı çeliklerin değişen özellikleri, dişliler, borular, destekler ve altyapı projelerinin diğer bileşenleri gibi inşaat alanlarında da uygulanabilir.
