- 一些元素对金属材料的性能有影响。
金属材料
1. 碳
含碳量增加了，这会使碳素钢的强度和硬度得以增加，与此同时，它的塑性、韧性以及焊接性能会下降。
一般情况下，若含碳量大于 0.25%，碳钢的可焊性就会开始变差。所以在压力管道中，通常会采用含碳量小于 0.25%的碳钢。含碳量增加后，其球化的倾向会增加，同时石墨化的倾向也会增加。
高温下耐热用的高合金钢，含碳量需大于或等于 0.04%。然而，在这种情况下，奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能会下降。
2.硅
硅在铁素体和奥氏体中固溶，能够起到提高它们硬度和强度的作用。
含硅量超过 3%时，会显著降低钢的塑性。含硅量超过 3%时，会显著降低钢的韧性。含硅量超过 3%时，会显著降低钢的延展性。含硅量超过 3%时，会显著降低钢的可焊性。含硅量超过 3%时，易导致钢产生冷脆。含硅量超过 3%时，中、高碳钢回火时易产生石墨化。
各种奥氏体不锈钢加入约 2%的硅，能够增强其高温不起皮性。铬钢、铬铝钢、铬镍钢、铬钨钢等加入硅，会提高它们的高温抗氧化性能。然而，当含硅量过高时，材料的表面脱碳倾向会增大。
低含硅量对钢的耐腐蚀性能影响较小。只有含硅量达到一定值时，才会对钢的耐腐性能有显著的增强作用。含硅量为 15% - 20%的硅铸铁是很好的耐酸材料，它对不同温度和浓度的硫酸、硝酸都很稳定，但在盐酸和王水的作用下稳定性不佳，在氢氟酸中则不稳定。高硅铸铁耐腐蚀。因为在开始腐蚀的时候，其表面会形成致密的 SiO2 薄层。而这层致密的 SiO2 薄层能够阻碍酸进一步向内侵蚀。
3.硫、氧在碳素钢中的作用
硫和氧常以非金属化合物（像 FeS、FeO 这样）的形式作为杂质元素存在于碳素钢中，会形成非金属杂质，进而致使材料性能变差，特别是硫的存在会引发材料的热脆。六和磷是钢中需要控制的元素，会根据其含量的多少来评判碳素钢的好坏。
FeS 能与铁形成共晶，且沿晶界分布。Fe-FeS 共晶物的熔点为 985℃。在 1000 到 1200℃的温度下，对材料进行压力加工时，因为它已经熔化，所以会导致晶粒开裂，使材料呈现出脆性。这种现象被称作热脆。
4.磷、砷、锑在碳素钢中的作用
锑作为杂质元素，对提高碳素钢的抗拉强度有一定作用，同时会增加钢的脆性，尤其是低温脆性。
这种现象被称作冷脆。磷和砷都属于造成碳素钢严重偏析的有害元素。磷不利于钢的焊接性，它会增加焊裂的敏感性。
低合金钢熔点较高，磷、砷、锑等杂质元素在高温下容易迁移聚集。这使得合金钢在进行高温回火热处理或长期在高温下工作时，其中的这些杂质元素容易在高温下迁移聚集，进而导致低合金钢出现高温回火脆性。
这些元素的熔点通常比合金元素的熔点低，它会“割裂”材料的基体，从而使合金钢在高温下呈现出脆性。合金钢的这种脆性是在红热的温度下发生的，所以被称为红脆。通常情况下，低合金钢都会采用比较高级的冶炼方法，比如电炉冶炼，所以它的硫、磷元素含量比较低。
5.钨在碳素钢中的作用
钢含钨量高时会有二次硬化作用，还具有红硬性，并且能增加耐磨性。钨对钢的淬透性、回火稳定性以及力学性能的影响和钼相似，不过按质量计算，其作用效果不如钼明显。钨能提高钢在高温下的蠕变抗力与热强性，若与钼复合使用，效果会更好。
钨可以提升钢抗氢作用的稳定性。一般会将钨加入到低碳和中碳的高级优质合金结构钢里。钨能够阻止在热处理过程中晶粒的长大和粗化，还能降低其回火脆化的倾向，并且能显著提升钢的强度和韧性。
6. 锰在低合金钢中的作用
锰能与铁形成固溶体。这种固溶体可以提高钢中铁素体和奥氏体的硬度与强度。在碳锰钢里，常常借助锰来提升钢的强度，不过这会使材料的延展性有所下降，并且会增加应力腐蚀开裂的敏感性。在一般的碳锰钢和低合金钢中，锰的含量处于 1%到 2%之间。
锰具备良好的脱敏与脱硫作用。锰能够和硫结合形成 MnS，这样就能避免因硫而引发的热脆现象，进而使得钢的热加工性能得以改善。基于此，在工业用钢里通常都会含有一定数量的锰。
锰在钢中具有降低临界转变温度的作用。所以碳锰钢的低温冲击韧性比碳素钢要好。
锰可以大幅度提升碳锰钢的淬透性。当锰含量比较高的时候，会有让钢的晶粒变得粗大以及增加钢的回火脆性的不良倾向。
锰会对钢的焊接性产生不利影响。为了让钢的焊接性得以改善，在许可的范围之内，应当适当降低钢的含碳量。在进行焊接的时候，还需要采用优质的低氢焊条以及相应的焊接工艺。
7.铬在低合金钢中的作用
含铬量增加时，铬钼钢和铬钼钒钢会有良好的抗高温性和耐氧化介质腐蚀作用，并且能增加钢的热强性。然而，当含铬量太高或者处理不当的时候，容易发生δ相和 475℃回火脆化。
（2）铬增加钢的淬透性并有二次硬化作用。
铬能显著提高钢的脆性转变温度。含铬量增加时，钢的脆性转变温度会逐步提高。同时，冲击值会随着含铬量的增加而下降。
在含钼的锅炉钢里，加入少许的铬，就可以防止钢在长时间使用的过程中出现石墨化的情况。
（5）在单一的铬钢中，材料的焊接性能随含铬量的增加而恶化。
8.铝在低合金钢中的作用
铝对氮和氧的亲和力较为强烈。所以，铝在炼钢过程中可作为脱氧定氮剂。同时，它还能起到细化晶粒的作用碳元素对钢材性能的影响，能够抑制碳钢的时效，并且可以提高钢在低温下的韧性。
铝加入钢中作为合金元素时，能够提升钢的抗氧化性，还能改善钢的电磁性能。同时，也能提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等。正因如此，铝在不起皮钢、电热合金、磁钢和渗氮钢中得到了广泛的应用。
铝在铁索体及珠光体钢中，若其含量较高，那么材料的高温强度和韧性就会较低。
含铝量达到一定量时，能够使钢出现钝化现象。这样的钢在氧化性酸中具备耐蚀性，然而却会使钢的焊接性变差。
铝能够提升钢对硫化氢的耐腐蚀能力。当钢中的含铝量约为 4％时，在温度不超过 600℃的情况下，会具备较好的抗硫化氢腐蚀的作用。
在钢铁材料的表面进行镀铝操作，能够提高其抗氧化性。在钢铁材料的表面进行渗铝操作，也能够提高其在工业气氛中的耐蚀性。在钢铁材料的表面进行渗铝操作，还能够提高其在海洋性气氛中的耐蚀性。
含铝的钢进行渗氮处理后，在钢的表面会形成一层。这层氮化铝层很牢固，且薄而硬，是弥散分布的。这样就能够提高钢的硬度和疲劳强度，同时也能改善钢的耐磨性。
铝是高锰低温钢的主要合金元素。当存在一定量的铝时，它能够提高铁锰奥氏体的稳定度，并且可以抑制β-Mn相变。正是因为这些作用，铝在低愠钢中得到了应用。
9.钼在低合金钢的作用
在较高回火温度下，因为钼呈弥散分布，所以能使材料出现二次硬化。
钼能对铁素体起到固溶强化的作用，并且还能提高碳化物的稳定性，所以对钢的强度有着积极的影响。钼是提升钢热强性最为有效的合金元素。钼还能够提高马氏体钢以及奥氏体钢的热强性。
钼在钢中能够形成特殊碳化物，这种特殊碳化物可以改善钢在高温高压下抗氢侵蚀的作用。
钼常与锰、铬等其它元素配合使用。这样能显著提高钢的淬透性。当含钼量约为 0.5%时，能够抑制或降低其他合金元素导致的回火脆性。
钼在不锈耐热钢中能使钢表面钝化，不过其作用不如铬明显。与铬不同，钼既能在还原性酸（如 HCl、H₂SO₄、H₂SO₃）中让钢材表面钝化，也能在强氧化性盐溶液（尤其当含有氯离子时）中使钢材表面钝化。所以，钼能够普遍提升钢的耐蚀性能。
钼加入到奥氏体耐酸钢中，能够明显提高材料对醋酸以及环烷酸的耐蚀性。在含有氯化物的溶液里，常常会导致奥氏体耐酸钢出现点腐蚀和晶间腐蚀。而材料中加入钼之后，这种出现点腐蚀和晶间腐蚀的倾向会在很大程度上被减轻或者受到抑制。
10.镍在高合金钢中的作用
镍能够扩大γ相区，并且可以形成无限固溶体。它是奥氏体不锈钢中的主要元素。
镍有细化铁素体晶粒的作用，能改善钢的低温性能。当碳钢中含镍量超过一定值时，其低温脆化转变温度会显著降低，同时低温冲击韧性会显著提高。所以，镍钢常被用于低温材料。通常来讲，含镍量达到 3.5%的镍钢能够在-100℃的低温环境中使用，含镍量达到 9%的镍钢则可以在-196℃的超低温环境下使用。
含镍的低合金钢具备较高的抗腐蚀疲劳性能。镍钢不能在含硫或一氧化碳的气氛中进行加热，原因在于镍容易与硫化合，会在晶界上形成低熔点的 NiS 网状组织，进而产生热脆现象。在高温状态下，镍会与一氧化碳化合，形成 Ni（CO）4 气体并从合金中逸出，这样就会在材料里留下孔洞。
在不锈耐热钢当中，镍与铬、钼等元素进行适当的配合，能让材料在常温下呈现出奥氏体组织，这样就能得到奥氏体不锈钢或者耐热钢。不过，现今镍在全世界范围内都属于一种比较稀缺的元素。所以，把镍当作一种合金元素来看的话碳元素对钢材性能的影响，只有在使用其他元素无法获得所需性能的时候，才应该考虑使用它。
镍能够降低临界转变湿度，同时也能够降低钢中各元素的扩散速度。正因如此，镍可以提高钢的淬透性。
镍不能增加钢对蠕变的抗力，所以通常不会作为热强钢中的强化元素。在奥氏体热强钢里，镍的作用仅仅是让钢发生奥氏体化，而钢的强度必须依靠其他元素，比如钼、钨、钒、钛、铝来提升。
镍是一种具有一定耐腐蚀能力的元素。它对酸具有一定的耐腐蚀能力。它对碱具有一定的耐腐蚀能力。它对盐具有一定的耐腐蚀能力。它对大气也具有一定的耐腐蚀能力。
11.钛在高合金钢中的作用
钛的碳化物形成能力最强，它与氮、氧的亲和力也极为强烈。所以，钛是良好的脱气剂，也是固定氮、碳的有效元素。正因如此，含钛的高台金钢不适合用于铸件。
奥氏体不锈钢中，钛能固定碳。这样能防止和减轻材料的晶间腐蚀和应力腐蚀。当奥氏体不锈钢中的钛、碳含量之比超过 4.5 时，材料中的氧、氮和碳可全部被固定住。因此，材料对晶间腐蚀、应力腐蚀和碱脆有很好的抗力。
当钛以碳化钛微粒的形式存在时，它能够细化钢的晶粒，并且能够成为奥氏体分解时的有效晶核。基于此，可使钢的淬透性降低，同时也会使材料的高温固溶强化效果降低。
（4）钛能提高耐热钢的抗氧化性和热强性。
钛属于强碳化物形成元素，它能够提升钢在高温、高压以及氢气环境中的稳定性。如果钢中的含钛量达到含碳量的 4 倍，那么就可以让钢在高压状态下对氢的稳定性几乎达到 600℃以上。
