人类社会从古至今，在对建筑材料的选择过程中，抛弃了很多相对来说更为劣质的材料，而留下了那些用起来优势更大的建筑材料。这是一个自然界不变的客观规律，优胜劣汰，人类当然更懂这个道理。近代以来，钢材在建筑上的应用可谓是扶摇直上，在现代新式建筑领域大展宏图，可以说，没有钢材也就不会有我们今日的安逸生活！然而，钢材也并非是完美无瑕的存在，对于钢材的使用也会遇到各种各样的问题，这些问题能否有效的解决直接左右了我们对于材料的选择。那么钢材在使用过程中又究竟会遇到哪些问题呢？我们又该如何解决？这里我将着重针对“碳含量与钢材性能”阐明一些自己的观点。
大多数情况下钢材都会含有一定的碳元素，因此被称为“碳素钢”，其一般都是0.02%〜2%的铁碳合金，也含有限量的硅、锰和磷、硫及其他微量残余元素。碳素钢按碳含量可分为三类:
①低碳钢。碳含量小于0.25%的碳素钢。
②中碳钢。碳含量为0.25%〜0.60%的碳素钢。
③高碳钢。碳含量大于0.60%的碳素钢。
不同的钢材都会有明显的性能差异，这其中影响因素最大的便是碳元素的含量。工程中，我们将钢材用于建筑中主要是看中了其良好的韧性，强度与硬度，能更好的提升建筑的相关性能。不同用途的钢材一般来说碳含量都不相同，建筑上更强调钢材的屈服强度，因为这直接关系到我们的居住安全。
所谓屈服强度，又称屈服极限，指的是材料发生产生屈服现象时所承受的应力，单位为MPa，是材料的一种本征性能，代表了材料屈服的临界应力值。
钢材的屈服强度一般通过拉伸试验来确定，随着拉伸载荷的不断增加，钢材的弹性变形量也不断加大。当拉伸载荷不再增加或有所降低，而钢材变形量突然增加，钢材好像屈服于载荷而自行伸长，这种现象称为屈服现象。
今天这里我主要探讨在同样的组织的情况下，碳含量作为单一变量对钢材性能的影响，我借用淬火马氏体作为例子来具体说明。对于淬火马氏体的性能影响因素有四项，第一项是其本身的晶格强度，第二项是固溶强化，第三项是晶界强化，第四项是第二相（析出物）强化，第五项是位错强化。除了第一项，碳含量对马氏体强度的影响在后四项中均有至关重要的作用。下面我就后四项做具体介绍。
1.固溶强化：碳原子作为溶质在固溶体中通过导致晶格畸变，提高了形变产生所需要越过的能量势垒，从而提高材料的强度。但通常认为碳原子的固溶强化对马氏体屈服强度的贡献并不多，基本在200 - 300 MPa左右。
2.晶界强化：在马氏体的语境下谈晶界，主要指的是lath boundary， plate boundary，block boundary等（奥氏体晶界也大量存在于组织中，但由于强度贡献太低被忽略不计），而淬火前基体中的含碳量直接决定了淬火后的马氏体形貌。
3.析出物强化：马氏体中存在大量碳化物，这些碳化物通过阻碍位错滑移来提高材料强度。像铁-碳这样复杂的系统，碳化物的种类，数量和形貌都会影响最后的增强效果。一般来讲，碳化物的尺寸越小，数量越大，增强效果越明显。在马氏体中，随着含碳量的增加，碳化物析出相应也越多，材料强度越高。
4.位错强化：在晶界强化部分提到基体中的碳含量会改变马氏体的形貌，马氏体表现出这种行为是因为淬火是一个冷却速率极快的过程，而铁原子从FCC结构转变为BCC结构的过程中，碳原子没有足够的时间扩散从而导致晶格内部存在大量内应力，只有通过产生位错来释放能量，所以，含碳量越大，需要释放的能量就越大，位错密度就越大，材料强度也就越高。位错贡献的强度与位错密度的平方根成正比。马氏体中的位错密度之大，导致淬火马氏体必须要经过回火处理才能达到一定的延展性和韧性用于材料加工。另外还需要注意的是，由于位错周围存在应力场会吸引固溶体中的碳原子形成碳原子气团，致使位错的滑移被碳原子气团锁住，从而进一步提高了材料强度。
因此，要理解碳含量对马氏体钢强度的提高，最重要的就是看碳在哪，是在基体还是在碳化物里；在基体里的碳是在固溶体里还是在位错附近；在碳化物里的碳是在什么类型，什么形状，什么尺寸的碳化物里。由于碳钢系统非常复杂，各种强化机制会是一个此消彼长的关系，具体环境中，对于碳钢的使用，我们都应该认真考虑到这些因素对实际的影响。
这样看来，对于碳含量的影响，其实也就很好理解，就是碳含量让钢变脆了，变形能力下降了。因为钢材的塑性形变在微观尺度就是位错的产生和滑移，当含碳量增加导致材料变强，变硬后，材料内部存在大量缺陷，边界和析出物阻碍位错滑移，而位错密度也几近饱和无法大量增加，材料的形变能力自然会大大下降而变得很脆，这便是碳钢性能差异的一些解释。
那么，对于题源中给出的问题“钢材是否真的屈服了？”，我的回答是没有，首先钢材自己本身对于屈服极限有一个明确的差分，碳含量高，其屈服极限也就越大，韧性也就越差，钢材是否屈服视情况而定！
参考文献
1.《金属材料研究》 国家新闻出版社
2.《知乎周刊》 剑桥大学材料学博士Vincent
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