1.铸造碳钢化学成分的控制
铸造碳钢中，化学成分主要是碳、硅、锰、磷、硫五大元素。其中碳对钢的金相组织和力学性能起主要作用。硫、磷是有害杂质，应严格限制。硅和锰是钢的脱氧元素，对提高力学性能都有一定好处。
（1）碳 碳钢的性能主要取决于碳含量。钢中碳含量增加，钢的强度和硬度值随之增加，而塑性和韧性则随之降低。
（2）硅 铸造碳钢中，硅的质量分数为0.2％～0.45％，这个含量范围对力学性能的影响不大，要求硅有一定的含量是为了保证钢的脱氧。因此，硅在钢中是有益的元素。
（3）硫 硫在钢中是有害元素，它在钢中主要以FeS形式存在。FeS与铁形成共晶体，其熔点为989℃，比钢的熔点低得多。在钢的凝固过程中，硫化物常在钢的晶界析出，因其强度低、脆性大，大大降低了钢的力学性能，且在高温下容易产生热脆现象。若钢液脱氧不好，含FeO多，则硫化物与铁及FeO形成三元共晶体，其熔点更低（约940℃），危害性也更大。硫对钢的焊接性能也有不利影响。因此，应在炼钢时尽量除去硫。
（4）锰 在铸造碳钢中，要求锰的质量分数为0.5％～0.8％，其作用是脱氧、脱硫。
（5）磷 磷也是钢中有害杂质，希望其含量越低越好，要求其质量分数小于0.06％。
在铸造碳钢中，除以上五大元素外，还含有少量其他元素（如Cr、Ni等）因为它们将使碳钢的焊接性变坏，产生收缩、裂纹的倾向增大，因此，铸造碳钢中规定w（Cr）＜0.25％，w（Ni）＜0.25％。
2.铸造碳钢凝固过程及其组织的控制
（1）铸钢的凝固过程 铸钢的凝固过程分为两个阶段：由钢液开始结晶起至完全凝固，形成奥氏体组织的一次结晶；铸钢的固态相变，包括奥氏体枝晶的粒化、先共析组织的析出和奥氏体的共析转变，统称为铸钢的二次结晶。当铸钢在冷却速度极慢的条件下，钢液一次结晶后得到成分均匀的奥氏体枝晶各枝晶间形成晶界。
随着温度的降低，一次结晶中形成的奥氏体树枝晶发生分裂，即一个奥氏体枝晶分裂成若干个奥氏体晶粒，这一过程称为奥氏体枝晶的粒化。当温度进一步降低，奥氏体分解出铁素体，即先共析铁素体。当温度降至共析线（727℃）以下，剩余的奥氏体则全部转变为珠光体。
（2）铸钢的铸态凝固组织 实际上，铸造条件下冷却速度较快，凝固处于非平衡状态，结晶前后枝晶的化学成分是不一样的，形成成分偏析。同时，凝固前后晶粒形状也是不一样。靠近铸件表面，冷却速度快，得到细小表面等轴晶；中间受热流影响长成较整齐的柱状晶；在凝固后期的铸件中心部位，由于冷却速度降低，而形成粗大的、溶质含量较高的等轴晶。铸造条件不同，形成的晶粒组成会有所不同。
柱状晶本身比较致密，有良好的强度和塑性，但柱状晶较粗大，晶界上容易富集易熔而力学性能较差的杂质或缺陷，使晶粒的联系受到很大削弱。因此柱状晶的力学性能有明显的方向性，即纵向好，横向差。细等轴晶组织具有好的综合力学性能，因此，可采用多种工艺措施细化晶粒，以获得细密等轴晶组织的铸件。
（3）细化晶粒的措施(www.xing528.com)
1）增大冷却速度，可使结晶核心增多，晶粒细化。其主要方法是提高铸型的冷却能力，如采用金属型和冷铁等。
2）降低浇注温度，这是减少柱状晶，获得细等轴晶的有效措施，在增大结晶过冷的同时使脱落的晶体不至于重新熔化，促进“自发形核”。
3）加强钢液在凝固期间的运动，如搅拌、振动等，促使已凝固的晶粒和枝晶折断和脱落成为晶核，从而达到细化晶粒的目的。
4）采用变质处理。在浇注时，向金属液流加入具有共格对应的高熔点物质或同类合金颗粒，促进非自发形核。例如，在钢中加钒、钛及稀土合金，以形成高熔点的化合物质点等。
5）在铸钢的铸态组织中，常存在魏氏组织。铸钢中出现魏氏组织，会使韧性降低。将铸钢件退火或正火能使钢的晶粒细化，改变二次结晶的原始条化可基本消除魏氏组织。
3.铸造碳钢的热处理
一般铸钢件的热处理是为了细化晶粒、消除魏氏组织和铸造应力。碳钢铸件的热处理方法有完全退火、正火和正火＋回火。
（1）完全退火 完全退火的目的是消除魏氏组织等不正常组织，提高力学性能和消除铸件内应力。其工艺过程是将铸件加热至奥氏体的温度区［Ac3＋（30～50℃）］，并保温一段时间，然后随炉冷却。
（2）正火 正火的加热温度及保温时间与完全退火相同，不同点是保温时间达到后，将铸件在炉外空冷到常温。
（3）正火＋回火 为了进一步提高钢［w（C）＞0.3％］的力学性能，可以采用在正火后加以回火的热处理工艺。回火温度为500～650℃，属于高温回火，保温2～3h。通过回火，使正火所形成的片状索氏体变得近似于颗粒状的索氏体，因此塑性进一步提高。
铸钢件的热处理温度范围见表12-4。
表12-4 铸钢件的热处理温度范围
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