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元素
对钢材性能的影响
H（氢）
H通常是钢中危害最大的元素，钢中溶解的氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。 氢与氧、氮一样，在固态钢中的溶解度很小，在低温时渗入钢水中，来不及逸出时积聚在组织中生成高压细孔，大大增加了塑性、韧性。和钢材的疲劳硬度，严重时会导致裂纹和脆性断裂。 “氢脆”主要发生在马氏体钢中，在铁素体钢中不太突出，并且通常随着强度和碳含量的增加而降低。
另一方面，H可以增强钢的磁导率，但也会降低矫顽力和占空比（添加H后矫顽力可降低0.5～2倍）。
B（硼）
B在钢中的主要作用是降低钢的淬透性，从而节省其他稀有贵金属，如镍、铬、钼等。为此，其浓度通常规定在0.001%～0.005范围内%。 可替代1.6%镍、0.3%铬或0.2%钼。 需要注意的是，钼硼能避免或降低渗碳塑性，而硼有轻微促进渗碳塑性的倾向，因此不能用硼完全代替钼。
在中碳碳钢中添加硼，由于提高了淬透性，可以大大改善厚度大于20mm的钢淬火后的性能。 为此，可用40B、40MnB钢代替40Cr，用钢代替淬火钢。 但由于硼的作用随着钢中碳浓度的降低而减慢甚至消失，因此在选择含硼淬火钢时，必须考虑到零件淬火后，氮化层的淬透性会降低。高于核心。 性的这个特征。
弹簧钢通常要求完全硬化，而且一般弹簧面积不大，因此使用含硼钢是有利的。 硼对高硅弹簧钢的作用波动较大，使用不方便。
硼与氮和氧有很强的亲和力。 在沸腾钢中加入0.007%的硼，可以消除钢的时效现象。
C（碳）
C是仅次于铁的主要元素，直接影响钢的硬度、塑性、韧性和点焊性能。
当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的降低，钢的硬度和强度增加，而塑性和硬度增加； 但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加而降低，钢的硬度反而增加。
随着含碳量的降低，钢的点焊性能变差（含碳量低于0.3%的钢，焊接性显着提高），冷塑性和时效敏感性下降，耐大气磨损能力增加。
N（氮）
N对钢性能的影响与碳、磷相似。 随着氮浓度的降低，钢的硬度可显着增强，塑性也显着降低，焊接性变差，冷塑性减慢； 同时，时效倾向和冷塑性、热塑性，破坏钢材的点焊性能和冷弯性能。 因此，应尽可能降低和限制钢中的氮含量。 通常规定氮浓度不应低于0.018%。
氮与铝、铌、钒等元素结合，可减少其不利影响，改善钢的性能，可作为低合金钢的合金元素。 对于碳钢的某些钢种，适当降低N的浓度可以减少Cr的使用量，可以有效降低成本。
O（氧气）
O是钢中的有害元素。 它在冶炼过程中自然进入钢中。 虽然在冶炼过程结束时添加锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能将其除去。 在钢水熔化过程中，滤液中的氧和碳反应生成一氧化碳，从而产生气泡。 氧在钢中主要以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等形式存在，增加钢的硬度和塑性。 特别是对疲劳硬度和冲击硬度影响严重。
氧会减少硅钢的结构损伤，降低磁导率和磁感应硬度，加剧磁时效效应。
镁（镁）
镁可以减少钢中的杂质数量，增大尺寸，分布均匀，改善形状。 微量镁可以改善轴承钢的晶粒尺寸和分布，含镁轴承钢晶粒细小、均匀。 当镁浓度为0.002%～0.003%时，延伸硬度和屈服硬度下降5%以上，而塑性基本保持不变。
铝（铝）
铝作为脱氧剂或合金元素添加到钢中，其脱氧能力比硅、锰强得多。 铝在钢中的主要作用是细化碳化物，固定钢中的氮，从而显着提高钢的冲击硬度，降低冷脆和时效倾向。 例如D级碳素结构钢要求钢中酸溶铝浓度不大于0.015%，深度注塑用热轧薄厚板08AL要求酸溶铝浓度钢中的含量为0.015%-0.065%。
铝还可以增强钢的耐腐蚀性能，特别是与钼、铜、硅、铬等元素配合使用，效果更佳。
铬钼钢和含Al的铬钢会降低其耐磨性。 高碳工具钢中Al的存在可以形成渗碳延展性。 铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和磨削性能。
硅（硅）
Si是冶炼过程中重要的还原剂和脱氧剂：对于不锈钢中的许多材料来说，富含小于0.5%的Si，通常在冶炼过程中作为还原剂和脱氧剂引入。
硅能溶于铁素体和奥氏体中，增强钢的强度和硬度，其作用仅次于磷，而强于锰、镍、铬、钨、钼、钒等元素。 但当硅含量超过3%时，钢的塑性和硬度会显着增加。 硅能提高钢的弹性极限、屈服硬度和屈强比（σs/σb），以及疲劳硬度和疲劳比（σ-1/σb）。 这就是硅或硅铁钢可以用作弹簧硬质合金的原因。
硅能提高钢的密度、导热率和雾度率。 能促进铁素体碳化物碳化，提高矫顽力。 有降低晶体各向异性的倾向，从而容易磁化，磁阻降低。 可用于生产钳工用钢，因此硅钢片的磁滞损耗较低。 硅能增加铁素体的导磁率，使钢板在较弱的磁场下具有较高的磁感应硬度。 然而，硅在强磁场下增加了钢的磁硬度。 硅具有很强的脱氧力，从而减少铁的磁时效作用。
含硅钢在氧化气氛中加热时，表面会形成一层SiO2膜，从而增强钢的低温抗氧化能力。
硅能使铸件中的柱状晶长大，增加塑性。 如果硅钢受热，冷却得较快，因为导热系数低，钢的内外温差大，所以会产生裂纹。
硅可以提高钢的点焊性。 由于硅与氧的结合能力比铁强，钎焊时易生成低熔点的硅酸盐，降低熔渣和熔融金属的流动性，引起飞溅，影响点焊质量。 硅是一种良好的脱氧剂。 用铝进行脱氧时，酌情添加一定量的硅，可显着提高脱氧性能。 硅在钢中具有一定的保留量，这是因为它是在炼钢和炼焦过程中作为原料带入的。在沸腾钢中，硅被限制在
P（磷）
P是由矿石带入钢中的，一般说磷是有害元素。 磷虽然能提高钢的硬度和硬度，但能显着降低塑性和冲击硬度。 特别是在高温下，使钢材明显脆化，这些现象称为“冷脆性”。 冷脆性使钢的冷加工性和点焊性变差。 硫含量越高，冷塑性越大，因此钢中硫含量的控制越严格。 中优质钢：P<0.025%； 优质钢：P<0.04%； 普通钢：P<0.085%。
P的退火强化和冷作硬化效果很好。 它可与铜配合使用，提高低合金高硬度钢的耐大气腐蚀性能，同时还可增加其冷注塑成型性能。 它可以与硫和锰结合使用，以提高铣削性能并减少渗碳。 延展性和对冷脆性的敏感性。
磷可以增加比内阻，而且由于容易粗化晶粒，可以增加矫顽力和涡流损耗。 在磁感应方面，磷浓度高的钢在弱、中磁场下磁感应强度会提高。 含P硅钢的热加工并不困难，但由于它会使硅钢具有冷塑性，因此浓度≯0.15%（如热轧电机用硅钢含P=0.07～0.10%）。
磷是强化铁素体最强的元素。 （P对硅钢再结晶温度和碳化物生长的影响将是相同硅纯度的4～5倍。）
S（硫）
硫来自熔炼矿石和燃料焦炭。 它是钢中的有害元素。 硫以硫化铁（FeS）的形式存在于钢中，FeS和Fe生成低熔点（985°C）化合物。 钢材的热加工温度通常在1150-1200℃以上，因此钢材热加工时，会因FeS化合物过早熔化而导致型腔脱落。 这些现象称为“热脆化”。 增加钢的延展性和硬度，在锻造和钢坯时引起裂纹。 硫还会损害钎焊性能，增加耐腐蚀性。 中优质钢：S<0.02%~0.03%； 优质钢：S<0.03%~0.045%； 普通钢：S<0.055%~0.7%以下。
由于其切屑较脆，能得到特别光亮的表面，可用来制造要求低负荷、表面白度高的钢锭（称为易切削钢），（如Cr14），含少量硫（如Cr14）有意添加（=0.2～0.4%）。 个别高速钢工具钢在表面进行硫化。
K/Na（钾/钠）
钾/钠可作为酸败剂，使白口铁中的晶粒球化，使白口铁（及莱氏体钢）的硬度在保持原有强度的情况下提高一倍以上； 使球墨铸铁的组织细化，稳定蠕铁的处理工艺； 它是强烈促进奥氏体化的元素，例如它可以将奥氏体锰钢的锰/碳比从10:1~13:1降低到4:1~5:1。
钙（钙）
钢中加钙可以细化碳化物，部分脱氮，改变非金属夹杂物的成分、数量和形态。 与钢中添加稀土的效果基本类似。
提高钢材的耐蚀性、耐磨性、耐低温和高温性能； 提高钢的冲击硬度、疲劳硬度、塑性和钎焊性能； 降低钢材的冷镦性、抗冲击性、硬度和接触耐久性。
铸件中添加钙，大大增强钢水的流动性； 提高钢坯表面白度，消除铸钢组织的各向异性； 其铸造性能、抗热裂性能、力学性能和磨削性能均有不同程度的提高。 减少。
钢中添加钙可提高抗氢致开裂和层状撕裂的能力，并可延长设备和工具的使用寿命
生活。 在中间合金中添加钙可作为脱氧剂和保温剂，并起到微合金化的作用。
钛（钛）
钛与氮、氧、碳的亲和力很强，与硫的亲和力比铁强。 是良好的脱氧、脱气剂和固氮固碳的有效元素。 钛实际上是一种强基体元素，但它不会与其他元素结合形成复杂的化合物。 碳化钛结合力强，性质稳定，不易分解。 只有在钢中加热到1000℃以上时，它才能缓慢地渗透到退火体中。
在渗透之前，碳化钛颗粒可以阻止碳化物的生长。 由于钛与碳之间的亲和力远小于铬与碳之间的亲和力，因此在碳钢中常采用钛来固定其中的碳，以消除基体上的贫铬，从而消除或减轻钢的晶间腐蚀。
钛也是强铁素体生成元素之一，强烈提高钢的A1和A3本体温度。 钛能提高普通低合金钢的塑性和硬度。 因为钛固定氮和硫并生成碳化钛，增强了钢的硬度。 正火后碳化物细化，析出产生氮化物，可显着提高钢的塑性和冲击硬度。 含钛合金结构钢具有良好的热性能和工艺性能。 主要缺点是淬透性稍差。
在高铬碳钢中，一般需要添加浓度为碳5倍左右的钛，不仅可以提高钢的耐蚀性（主要是抗晶间腐蚀）和硬度，而且可以防止碳化物生长并改善钢的低温倾向。 钢的点焊性能。
V（钒）
钒与碳、氨、氧有很强的亲和力，生成相应的稳定化合物。 钒在钢中主要以基体形式存在。 其主要作用是细化钢的组织和晶界，提高钢的硬度和硬度。 当低温渗入退火体时，淬透性降低； 反之，如果以基体形式存在，则淬透性降低。 钒降低渗碳钢的渗碳稳定性，形成二次硬化效应。 除高速工具钢外，钢中钒含量通常不低于0.5%。
钒能细化普通低碳合金钢中的碳化物，提高正火后的硬度、屈服比和高温特性，改善钢的点焊性能。
由于合金结构钢中的钒在正常热处理条件下能提高淬透性a3钢材的密度，因此在结构钢中常与锰、铬、钼、钨等元素配合使用。 淬火钢中的钒主要提高钢的硬度和屈强比，细化碳化物，提高过热敏感性。 在淬火钢中，由于它能细化碳化物，因此钢淬火后可直接调质，无需二次渗碳。
钒能提高弹簧钢和轴承钢中的硬度和屈强比，特别是比极限和弹性极限，并增加热处理时的渗碳敏感性，从而改善表面质量。 五铬含钒轴承钢碳化分散度高，性能良好。
钒细化工具钢中的碳化物，降低过热敏感性，降低渗碳稳定性和耐磨性，从而延长工具寿命。
铬（铬）
铬能降低钢的淬透性并具有二次硬化的作用，可以提高不锈钢的强度和耐磨性而不使钢变脆。 当浓度超过12%时，钢具有良好的低温抗氧化性和抗氧化腐蚀性能，同时也会降低钢的热强度。 铬是碳钢、耐碱钢、耐热钢的主要合金元素。
铬能增加碳钢毛坯的硬度和强度，并降低生产率和面积减少。 当铬浓度超过15%时，硬度和强度增加，屈服和断面收缩率相应增加。 含磷钢零件磨削后易获得较高的表面加工质量。
铬在淬火组织中的主要作用是提高淬透性，使钢在渗碳回火后具有更好的综合热性能。 它还可以在淬火钢中产生含磷基体，从而提高材料表面的耐磨性。
含磷弹簧钢在热处理时不易产生氢气。 铬能增强工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，并具有良好的渗碳稳定性。 在电热合金中，铬可以增强合金的抗氧化性、电阻和硬度。
锰（锰）
Mn可以增强钢的硬度：由于Mn比较便宜，并且可以与Fe一起无限退火，在增强钢的硬度的同时，对塑性的影响相对较小。 因此，锰被广泛用作钢中的强化元素。 可以说，基本上所有的不锈钢都富含锰。 我们常见的注塑低碳钢、双相钢（DP钢）、相变诱导塑性钢（TR钢）、马氏体钢（MS钢），都富含锰。 通常，低碳钢中的Mn浓度不会超过0.5%； 高强度钢中的锰浓度会随着硬度水平的降低而降低，如马氏体钢，锰浓度可高达3%。
Mn增强钢的淬透性，改善钢的热加工性：典型例子是40Mn和40号钢。
Mn能消除S（硫）的影响：Mn在炼钢中能与S生成高熔点的MnS，从而削弱和消除S的不利影响。
然而，锰的浓度也是一把双刃剑。 Mn浓度并非越高越好。 锰浓度的增加会增加钢的塑性和点焊性能。
钴（钴）
钴主要用于特种钢和合金。 含钴高速钢具有较高的低温强度。 在马氏体时效钢中同时添加钼可以获得超高的强度和良好的综合热性能。 据悉，钴还是热强钢和磁性材料中的重要合金元素。
钴提高钢的淬透性，因此，单独添加到碳钢中会提高淬火后的综合热性能。 钴能强化铁素体，添加到碳钢中可提高钢在固溶或正火状态下的强度、屈服点和延伸硬度，对模量和断面收缩率有不利影响，冲击硬度也随增加而增加。随着钴浓度的降低。 由于钴具有抗氧化性能，因此用于耐热钢和耐热合金。 钴基合金燃气轮机显示出其独特的作用。
镍（镍）
镍的有益作用是：硬度高、硬度高且淬透性好、内阻高、耐腐蚀性高。
一方面，它不仅有力地提高了钢的硬度，而且使铁的硬度保持在极高的水平。 其脆化温度极低。 （当镍<0.3%时，其脆化温度在-100℃以下。当Ni量增加，约4-5%时，其脆化温度可降至-180℃。因此，在同时提高钢的硬度和塑性，当Ni=3.5%时，无Cr钢可在空气中淬火，含Ni=8%的Cr钢也可在较小的冷却速度下转变为M体。
Ni的晶格常数与γ-铁相似，因此可以连续退火。 这有利于增强钢的淬透性。 Ni能提高临界点，降低奥氏体稳定性，因此可降低渗碳温度，淬透性良好。 通常，厚且大截面的零件采用加镍钢制成。 当与Cr、W或Cr、Mo结合时，可特别提高淬透性。 镍钼钢还具有较高的疲劳极限。 （镍钢具有良好的抗热疲劳性能，可在冷热环境下反复工作，σ、αk较高）
碳钢中使用Ni是为了使钢具有均匀的A体组织，以提高耐腐蚀性能。 含镍钢通常不易过热，因此可以防止碳化物在低温下脱落，仍能保持细小的碳化物组织。
铜（铜）
铜在钢中的突出作用是提高普通低合金钢的耐大气腐蚀性能，特别是与磷配合使用时，铜的添加可以提高钢的硬度和屈强比，而不会对钎焊性能产生不利影响。 含铜0.20%～0.50%的重轨钢（U-Cu），除耐磨性外，其耐腐蚀寿命是普通碳素重轨的2-5倍。
当铜浓度超过0.75%时，经退火、时效后，可形成时效强化。 在低浓度下，其作用与镍相似，但较弱。 当浓度高时，不利于热变形加工，并在热变形加工时引起铜脆化。 奥氏体碳钢中含2%～3%的铜，可抵抗氯化物、磷酸、硫酸的腐蚀，并能稳定地抵抗挠曲腐蚀。
镓（镓）
镓是一种封闭钢中伽玛区的元素。 微量的镓很容易在铁素体中退火生成替代渗碳体。 它不是产生珠光体的元素，也不产生氧化物、氮化物或硫化物。 在γ+a两相区，少量的镓有利于奥氏体向铁素体的扩散，在铁素体中其含量较高。 微量镓对钢热性能的影响主要是退火强化。 镓对钢的耐腐蚀性能有微小的改善。
作为（砷）
矿石中的砷在焙烧过程中只能部分脱除，也可以通过硫酸烧结脱除。 在转炉炼钢过程中，砷被完全还原到生铁中。 当钢中砷含量低于0.1%时，钢性会降低。 延展性和钎焊性能较差。 应控制矿石中砷的浓度，要求矿石中砷含量不超过0.07%。
砷倾向于提高低碳工字钢的屈服点σs、拉伸硬度σb和伸长率δ5，其中提高普通碳工字钢的常温冲击硬度Akv效果更为显着。
硒（硒）
硒能改善碳钢、不锈钢、铜的磨削性能，零件表面呈白色。
MnSe2常在高磁感取向硅钢中用作抑制剂。 MnSe2的有益掺杂比MnS的有益掺杂对一次再结晶碳化物生长的抑制作用更强，更有利于促进二次再结晶碳化物的择优生长。 由此可以获得高取向的(110)[001]织构。
Zr（锆）
锆是强基体生成元素，在钢中的作用与铌、钽、钒相似。 添加少量锆可以过滤、净化、细化碳化物，有利于钢的高温性能，提高注塑性能。 它常用于制造燃气底盘和弹道潜艇结构所用的超高硬度钢和镍基低温合金。
铌（铌）
铌常与钽共存，它们在钢中的作用相似。 铌和钽部分渗透到退火体中并充当碳化物增强体。 当渗入奥氏体时，钢的淬透性显着增强。 然而，当它以基体和氧化物颗粒的形式存在时，它细化碳化物并增加钢的淬透性。 能降低钢的渗碳稳定性，并有二次硬化作用。 微量的铌可以增加钢的硬度而不影响其延展性或硬度。 由于细化碳化物的作用，可以增强钢的冲击硬度，提高其塑性转变温度。 当浓度小于碳的8倍时，钢中的碳几乎全部被固定，使钢具有良好的抗氢性能。 奥氏体钢可以避免氧化介质对钢的晶间腐蚀。 由于具有固定碳和沉淀硬化作用，可以改善热强钢的低温性能，如溶胀硬度等。
铌能提高建筑用普通低合金钢的屈服硬度和冲击硬度，并提高塑性转变温度，有利于钎焊性能。 同时降低调质合金结构钢的淬透性。 增强钢的硬度和高温性能。 能提高低碳马氏体耐热碳钢的空气淬透性，防止淬硬和渗碳延展性，提高溶胀硬度。
钼（钼）
钢中钼可提高淬透性和热强度a3钢材的密度，防止渗碳延展性，降低剩磁和矫顽力，并在某些介质中具有耐蚀性。
在淬硬钢中，钼可以淬硬和硬化较大截面的零件，增强钢的抗渗碳性或渗碳稳定性，并使零件能够在较高湿度下回火，从而更有效地去除（或减少）残余挠度，以提高塑性。
在淬火钢中，钼不仅具有上述作用，而且还能增加淬火层中氮化物在基体上形成连续网络的倾向，减少氮化层中的残余奥氏体，相对降低钢的耐磨性。表层。 。
在锻造模具钢中，钼可以使钢保持相对稳定的强度并减少变形。 抗碎裂和防锈等。
在不锈钢和耐碱钢中，钼可以进一步提高对有机酸（如甲酸、乙酸、草酸等）的耐腐蚀性能，特别是由于钼的添加，消除了因存在而形成的点蚀倾向。避免氯离子。 含钼1%左右的高速钢具有耐磨性、回火强度和红硬性。
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