碳势（Carbon Potential，CP）是指在给定温度下，炉内气氛与纯铁达到平衡时，铁表面所能具有的含碳量（质量分数，%）。碳势高于钢的含碳量时气氛增碳，低于时脱碳，相等时为中性。渗碳时强渗阶段常设在 1.0–1.2% 左右，扩散阶段降到 0.8% 左右，淬火加热则把碳势设为与钢的含碳量相当。
- 碳势单位为质量百分比（%C），以纯铁平衡含碳量定义
- CP > 钢含碳量 → 增碳；CP < 钢含碳量 → 脱碳；相等 → 中性
- 碳势由温度、氧分压（或 CO₂/H₂O）和 CO 含量共同决定
- 合金钢的实际表面碳含量需用合金因子修正
定义
碳势描述的是气氛向钢传递碳的“能力”。严格定义是：在某一温度下，若把纯铁放在该气氛中足够长时间直至平衡，纯铁表面的含碳量就是这个气氛的碳势。它与气氛中的碳活度直接相关。
因为是“平衡含碳量”，碳势的单位与钢的含碳量相同，以质量百分比表示，例如 CP = 0.80% 或简写为 0.80。
碳势与钢的关系：增碳、中性还是脱碳
| 情形 | 炉内碳势 vs 钢的含碳量 | 结果 |
|---|---|---|
| 增碳（渗碳） | 碳势高于钢的含碳量 | 碳从气氛进入钢表面 |
| 中性加热 | 碳势约等于钢的含碳量 | 表面成分不变 |
| 脱碳 | 碳势低于钢的含碳量 | 碳从钢表面流失 |
所以同一个碳势值，对 20CrMnTi 是渗碳气氛，对 GCr15 轴承钢可能就是脱碳气氛。淬火加热时，碳势应按材料含碳量设定。
常见设定范围（参考）
- 渗碳强渗阶段：约 1.0%–1.2%，受温度下奥氏体碳饱和极限限制，过高会析出炭黑；
- 渗碳扩散阶段：约 0.75%–0.9%，以获得目标表面碳含量；
- 中碳钢、轴承钢淬火加热：按材料含碳量设定（如 0.4%、1.0% 左右）。
具体值应依据材料、零件要求和工艺规范确定。
碳势由什么决定
在含 CO、H₂、CO₂、H₂O 的气氛中，碳势由以下因素共同决定：
- 温度：温度越高，同样气氛的碳势越低；
- 氧化性组分：氧分压、CO₂ 或 H₂O（露点）越低，碳势越高；
- CO 含量：CO 越高，碳势越高。
因此控制碳势有三种常见测量路径：氧探头（测氧分压）、红外分析仪（测 CO₂）、露点仪（测 H₂O）。它们本质上都在测“氧化性组分”，再结合温度与 CO% 换算碳势。
为什么必须控制碳势
- 太低：表面脱碳，硬度不足，疲劳强度下降，齿轮、弹簧等零件寿命显著降低；
- 太高：表面出现过量网状碳化物、残余奥氏体过多，甚至炉内积炭；
- 不稳定：层深和表面硬度批次间波动，无法通过 CQI-9 等过程审核。
常见问题
碳势和露点是什么关系？
在吸热式气氛中，CO 和温度一定时，露点越低（水分越少），碳势越高。露点是碳势的间接测量方式之一，但单靠露点不能直接得出碳势，需要结合温度和气氛成分换算。
为什么控制器显示的碳势和定碳片测出来的不一样？
常见原因有：氧探头老化或积炭、炉温偏差、CO% 实际值与设定值不同、炉体漏气，以及合金因子未修正。需要用校验方法找出偏差并修正过程因子。
碳势越高渗碳越快吗？
在一定范围内是的，碳势越高表面碳浓度梯度越大，渗速越快。但超过奥氏体饱和极限会产生炭黑和过量碳化物，所以常用“强渗—扩散”分段工艺兼顾速度与组织。