为了改善和提高钢的个别性能，获得个别特殊性能，在炼铁过程中有意添加的元素称为合金元素。 常用的合金元素有铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、硅、锰、铝、铜、硼、稀土等。 磷、硫、氮等在个别情况下也起到合金化的作用。
(1) 铬（Cr）
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。
(2) 镍(Ni)
镍在钢中强化铁素体并细化碳化物，总体作用是增加硬度，对塑性的影响不明显。 一般来说，对于炼钢、正火或固溶而无需淬火处理的低碳钢，添加一定量的镍可以增强钢的硬度，但不会显着提高其硬度。 据统计，镍每减少1%，硬度可提高29.4Pa。 随着镍浓度的降低，钢的屈服度的增加速度快于延伸硬度的增加速度，因此含镍钢的比例可以高于普通碳钢的比例。 镍虽然增强了钢的硬度，但与其他合金元素相比，它对钢的硬度、塑性和其他工艺性能的损害较小。 对于中型不锈钢，由于镍提高了碳化物转变温度，使碳化物变细； 并且由于镍增加了共析点的碳含量，与相同碳浓度的碳钢相比，碳化物数量较多，从而使含镍碳化物-铁素体钢比相同碳浓度的碳钢更硬。 反之，如果钢的硬度相同，则可以适当降低含镍钢的碳浓度，从而提高钢的硬度和塑性。 镍能增强钢的抗疲劳能力，降低钢的缺口敏感性。 镍提高钢的高温塑性转变温度，这对高温钢具有重要意义。 含镍3.5%的钢可在-100℃下使用，含镍9%的钢可在-196℃下使用。 镍不会降低钢的抗膨胀性，因此通常不用作热强钢中的强化元素。
高镍浓度的铁镍合金的线膨胀系数随着镍浓度的增加或减少而变化显着。 利用这一特点，可以设计和生产具有极低或一定线膨胀系数的精密合金和双金属材料。
据悉，钢中添加镍不仅耐酸，而且耐碱，并且具有耐大气和盐腐蚀的能力。 镍是不锈钢和耐碱钢的重要元素之一。
(3) 钼（Mo）
钢中钼可提高淬透性和热强度，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。 。
在锻造模具中，钼可以保持钢材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。
(4) 钨 (W)
除了在钢中产生氮化物外，钨还部分渗透到铁中以产生退火体。 其作用与钼相似，但按质量分数估算，疗效通常不如钼明显。 钨在钢中的主要作用是因生成氮化物而降低渗碳稳定性、红硬性、热强度和耐磨性。 因此主要用于工具钢，如高速钢、热锻磨具用钢等。
钨可生产优质弹簧钢的耐火基体。 在高湿度下渗碳时，可以减缓基体的团聚过程，保持较高的低温硬度。 钨还可以增加钢的过热敏感性，增加淬透性，提高强度。 弹簧钢镀锌后，空冷后强度高。 截面为的弹簧钢可在油中硬化。 可作为承受重载荷、耐热（不低于350℃）、耐冲击的重要弹簧。 高硬度耐热优质弹簧钢，淬透性高，经1050-1100℃淬火，550-650℃回火，延伸硬度达到1470-1470℃。 主要用于制造低温（不低于500℃）使用的弹簧。
由于钨的添加能显着提高钢的耐磨性和磨削性能，因此钨是合金工具钢的主要元素。
(5) 钒(V)
钒与碳、氨、氧有很强的亲和力，生成相应的稳定化合物。 钒在钢中主要以晶粒形式存在。 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，如果以晶粒形式存在，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，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。
(6)钛(Ti)
钛与氮、氧、碳的亲和力较强，与硫的亲和力比铁强。 因此，它是一种良好的脱氧剂，也是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。
(7)铌/钶(Nb/Cb)
铌和钶常与钽共存，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a3钢材的密度，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。
(8) 锆(Zr)
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。
(9) 钴 (Co)
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。
(10)硅(Si)
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）。 这就是为什么硅钢或硅铁钢可以用作弹簧毛坯。
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
(11) 锰(Mn)
锰是良好的脱氧剂和脱氮剂。 钢中通常富含一定量的锰，它可以消除或减缓由硫引起的钢的热塑性，从而提高钢的热加工性。
锰和铁生成的退火体提高了钢的铁素体和奥氏体的强度和硬度； 同时它是基体产生的一种元素，步入氮化物体内取代一部分铁原子，而钢中的锰因还原临界改变了氮化物温度，起到精炼作用碳化物，间接起到增强硬质合金钢硬度的作用。 锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，同时它也强烈降低钢的淬透性。 浓度不超过2%的锰已与其他元素结合制成多种合金。
锰具有资源丰富、作用多样的特点，用途广泛，如含锰量较高的碳素结构钢、弹簧钢等。
高碳高锰耐磨钢中，锰浓度可达10%～14%，退火后具有良好的硬度。 当受到冲击变形时，表层会因变形而强化，具有很高的耐磨性。 性别。
锰和硫生成熔点较高的MnS，可以避免FeS引起的热脆。 锰具有减少钢中碳化物和对渗碳的延展性的倾向。 如果炼钢、铸造、锻造冷却不当，很容易使钢材形成小白点。
(12) 铝 (Al)
铝主要用于脱氧和细化碳化物。 在蚀刻钢中产生坚硬且耐腐蚀的碳化物层。 铝能抑制低碳钢的时效，增强钢的高温硬度。 浓度高时，能增强钢的抗氧化能力和在氧化性酸和H2S二氧化碳中的耐腐蚀性，并能改善钢的电性能和磁性能。 铝在钢中具有很大的退火强化作用，增强氮化钢心部的耐磨性、疲劳硬度和热性能。
铝和镍在难熔炼合金中生成化合物，从而提高熔炼强度。 含铝铁铬铝合金具有接近恒电阻和低温下抗氧化性能优良的特点，易于制造电熔合金材料和铬铝合金。 电阻丝。
一般钢脱氧时，如果铝量过多，会使钢形成异常组织，往往会促进钢的石墨化。 在铁素体和碳化物钢中，当铝的浓度较高时，会增加其低温硬度和硬度，给炼钢和浇注带来一定困难。
(13) 铜 (Cu)
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，可耐盐酸、磷酸、硫酸的腐蚀，并对偏斜腐蚀具有稳定性。
(14) 硼 (B)
硼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a3钢材的密度，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。
(15) 稀土（Re）
所谓稀土元素，是指元素周期表中原子序数为57～71的镧系元素（15），加上钪21、钇39，共17种元素。 它们本质上很接近，不容易分开。 未分离的称为混合稀土，价格更便宜。 稀土元素可以提高锻钢的塑性和冲击硬度，特别是在铸件中。 可增强耐热钢电热合金和低温合金的抗膨胀性能。
稀土元素还可以增强钢的抗氧化和耐腐蚀性能。 抗氧化疗效超过硅、铝、钛等元素。 它可以改善钢的流动性，减少非金属夹杂物，使钢的组织致密纯净。
在普通低合金钢中添加适当的稀土元素，具有良好的脱氧、脱硫效果，提高冲击硬度（特别是高温硬度），改善各向异性性能。
稀土元素降低铁铬铝合金中合金的抗氧化能力，在低温下保持钢中细小的碳化物，提高低温硬度，从而显着提高电热合金的寿命。
(16) 氮 (N)
铁中可部分使用氮，可强化退火，提高淬透性，但不明显。 由于二硫化钼在基体上析出，可以增加氢键的低温硬度，降低钢的弯曲硬度。 与钢中其他元素结合，具有沉淀硬化作用。 钢材的耐腐蚀性并不明显，但钢材表面经过蚀刻后，除了降低其强度和耐磨性外，还显着提高了耐腐蚀性。 低碳钢中的残余氮会导致时效延展性。
(17) 硫磺 (S)
提高硫和锰的浓度可以改善钢的铣削性能。 在易铣削钢中，添加硫作为有益元素。 硫在钢中剧烈动荡。 它是一种有害元素，使钢的质量恶化，并增加钢在低温下的塑性。 它以熔点较低的FeS形式存在。 FeS单独的熔点仅为1190℃，钢中与铁共晶的晶界温度更低，仅为988℃。 当钢熔化时，硫化铁在原来的氢键处析出。 钢在1100～1200℃氮化时，载体上的FeS会熔化，大大削弱碳化物之间的结合力，导致钢的热脆，因此应严格控制硫。 通常控制在0.020%～0.050%。 为了避免硫引起的延展性，应添加足够的锰，以生成熔点较高的MnS。 如果钢中的流速较低，则由于钎焊时形成SO2，点焊金属中会产生气孔和气孔。
(18) 磷 (P)
磷对钢的退火强化和冷作硬化有很强的作用。 作为添加到低合金结构钢中的合金元素，可以提高钢的硬度和耐大气腐蚀性能，同时增加其冷注塑成型性能。 磷、硫、锰联合使用，会降低钢的铣削性能，降低附加型腔的表面质量。 用于易铣削钢，因此易铣削钢的硫含量相对较高。 磷用于铁氧体。 虽然可以增强钢的强度和强度，但最大的危害是晶界严重，使渗碳的塑性降低，显着降低钢的塑性和硬度，使钢在冷加工时容易脆化，也就是所谓的“冷”现象。磷对点焊性也有不良影响。磷是有害元素，应严格控制，通常浓度不低于0.03%～0.04%。（来源：互联网）
