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1、1、 碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.150.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.01.2%的硅，强度可提高1520%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制
2、造耐热钢。含硅14%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.300.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰1114%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.
3、045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的
4、资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨
5、熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当
6、铜含量小于0.50%对焊接性无影响。 15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。 16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。 17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。 18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，
7、可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。六、合金元素对钢的性能影响2006-08-28 13:43:00表137主要合金元素对钢的性能影响元素 名称强度弹性冲击 韧度屈服 点硬度伸长蛊断面收缩率低温韧性高温强度耐磨性被切削性锻压性渗碳 性能渗氮 性能抗氧 化性耐 蚀 性冷却速度Mr+0+OO+O-+OOO-Mn+-+O+-Cr+-+-+-+-+-Ni+O+OO+-Ni+-+-+-Si+-+-+-+-Cu+0+0O+0-O+M0+-+-+-+-C0+-+-+O-+V+-+OO+-+-+-W+O+-+-+-A
8、l+-+-+-+-Ti+-+-+S-+-P+-+-+-注：“+”表示提高，“一表示降低，“O”表示没有影响，“”表示影响情况尚不清楚，多个“+”或“一”表示提高或降低的强烈程度。表示在珠光体钢中；表示在奥氏体钢中。表138主要合金元素对钢性能影响的有关说明元素名称对性能主要影响Al主要作用为细化晶粒和脱氧，在渗氮钢中能促成渗氮层，含量高时，能提高高温抗氧化性，耐H2s气体的腐蚀作用，固溶强化作用大，提高耐热合金的热强性，有促使石墨化倾向B微量硼能提高钢的淬透性，但随钢中碳含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失C含量增加，钢的硬度和强度也提高，但塑性和韧性随之下降C0有固溶强化作用，使钢具有
9、红硬性，提高高温性能、抗氧化和耐腐蚀性，为高温合金及超硬高速钢的重要合金元素，提高钢的Ms点，降低钢的淬透性Cr提高钢的淬透性，并有二次硬化作用，增加高碳钢的耐磨性，含量超过12时，使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀作用，提高钢的热强性，是不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素，但含量高时易产生脆性Cu含量低时，作用和镍相似，含量较高时，对热变形加工不利，如超过O30时，在热变形加工时导致高温铜脆现象，含量高于O75时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。在低碳合金钢中，特别是与磷同时存在，可提高钢的抗大气腐蚀性，2一3的铜在不锈钢中可提高对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定
10、性Mn降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向Mo提高钢的淬透性，含量0.5时，能降低回火脆性，有二次硬化作用。提高热强性和蠕变强度，含量23时，提高抗有机酸及还原性介质腐蚀能力N有不明显的固溶强化及提高淬透性的作用，提高蠕变强度，与钢中其他元素化合，有沉淀硬化作用，表面渗氮，提高硬度及耐磨性，增加抗蚀性，在低碳钢中，残余氮会导致时效脆性Nb固溶强化作用很明显，提高钢的淬透性(溶于奥氏体时)，增加回火稳定性，有二次硬化作用，提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时(大于碳含量的8倍
11、)，使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的高温性能(蠕变强度等)Ni提高塑性及韧性，(提高低温韧性更明显)，改善耐蚀性能，与铬、钼联合使用，提高热强性，是热强钢及不锈耐酸钢的主要合金元素之一P固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性Pb改善切削加工性RE包括镧系元素及钇和钪等17个元素，有脱气、脱硫和消除其他有害杂质作用，改善钢的铸态组织，O2的含量可提高抗氧化性、高温强度及蠕变强度，增加耐蚀性S改善切削性。产生热脆现象，恶化钢的质量，硫含量高，对焊接性产生不好影响Si常用的脱氧剂，
12、有固熔强化作用，提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性，抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化Ti固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但化合钛却降低钢的淬透性。改善回火稳定性，并有二次硬化作用，提高耐热钢的抗氧化性和热强性，如蠕变和持久强度，且改善钢的焊接性V固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性，但化合状态存在的钒，会降低钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，并有很强的二次硬化作用，固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用。细化晶粒以提高低温冲击韧性，碳化钒是最硬耐
13、磨性最好的金属碳化物，明显提高工具钢的寿命，提高钢的蠕变和持久强度，钒、碳含量比超过5.7时，可大大提高钢抗高温高压氢腐蚀的能力，但会稍微降低高温抗氧化性W有二次硬化作用，使钢具有红硬性，提高耐磨性，对钢的淬透性、回火稳定性、力学性能及热强性的影响均与钼相似，稍微降低钢的抗氧化性Zr锆在钢中作用与铌、钛、钒相似，含量小时，有脱氧、净化和细化晶粒的作用，提高钢的低温韧性，消除时效现象，提高钢的冲压性能注：各成分的含量皆指质量分数。*钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量 （ 1 ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差 （ 2 ）硫；是钢中的有害杂
14、物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性 （ 3 ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性在优质钢中，硫和磷要严格控制但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的 （ 4 ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能 （ 5 ）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能 （ 6 ）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性 （ 7 ）铬；能提高钢的淬透性和耐磨
15、性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用 （ 8 ）钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性 （ 9 ）钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力 （10 ）钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象 （11 ）镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力 （12 ）硼；当钢中含有微量的（ 0.001 0.005 ）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高 （13 ）铝；能细化钢的晶粒组
16、织，阻抑低碳钢的时效提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等 （14 ）铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显/*合金元素对钢性能的影响1、硅（Si）是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂。所以钢中常含有0.20%0.30的硅。如果钢中硅含量超过0.500.60时，硅就算作特殊的合金元素，这种钢就称为“硅钢。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，故可广泛用于制造重负的弹簧钢。在凋质结构钢中，硅不仅能增加钢的淬透性，还增加钢淬火后的抗回火性。因此，常被用作调质结构钢的合金元素，并可用于制造承受重负荷的较大
17、截面零件的无镍铬、高强度、高韧性的高级调质钢。硅和其他合金元素如钼、钨、铬等结合，有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的作用，可用于制造无镍低铬的不锈耐热钢。含硅1.04.5低碳和超低碳钢，具有极高的导磁率，可做电气制造业中的硅钢片。在热处理时硅易于促使石墨化、产生脱碳现象，故在弹簧中，常加入钨、钒、铬等元素来加以防止。也用于制造耐磨的石墨钢或模具钢。但钢中含硅量较高时，在焊接时喷溅较严重，有损焊缝质量，并易导至冷脆，会增加镀锌时锌对铁的破坏作用。2、锰（Mn）是良好的脱氧剂和脱硫剂。因此，钢中含0.300.50的锰是经常的。在碳素钢中加入0.71.8或以上的锰时，就算是特殊钢“锰钢”了。这种含锰量较高
18、的碳素钢的力学性能，要比一般含锰量的好得多，不但有足够的韧性(在适当的热处理条件之下)，且有较高的强度和硬度，能提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。故在低合金结构钢中，含锰钢种发展十分迅速。利用锰和硫化合所生成的硫化锰(MnS)夹杂，有使切屑易于碎断的作用。所以在钢中可加适量的锰和硫来生产易切削钢。此外，锰在合金结构钢、弹簧钢、轴承钢，工具钢、耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢中，也获得广泛的应用。但锰能使钢的抗腐蚀能减弱，对钢的焊接性能也有不利的影响。3、镍（Ni）能使钢强化，改善钢的低温性能，特别是韧性，还可以提高钢的淬透性。镍钢的抗锈性也很强，具有较高的对酸、碱和海水的耐腐蚀能力，但在高温高
19、压下对氧介质的抗腐蚀能力无明显效果，反会造成脱碳促使钢腐蚀破裂。一般国产低合金结构钢中不加入镍。镍在高含量时，可显著改变钢和合金的一些物理性能。但镍是一种重要的战略物资，在全世界范围内比较稀缺，所以作为钢的一种合金元素，应该只在不能用其他元素来获得所需的性能时，才考虑使用镍。譬如需要在高强度时具有高韧性的重要用途的结构钢，在低温工作条件下具有高韧性的钢，高合金铬镍奥氏体不锈耐热钢，以及要求具有特殊物理性能的钢等。4、铬(Cr)加入钢中能显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。并能提高钢的强度和耐磨性。由于铬加入钢中能改善钢的力学性能及物理和化学性能，因此在各种用途的合金钢中，普遍含有不同数
20、量的铬。由于目前我国铬资源较少，故因尽量节约使用，特别是在大量生产的结构钢中，应当少用或不用铬。5、钼(Mo)是一种贵重的合金元素，在我国是富产，但在整个世界范围内的储量却并不丰富。钼在钢中的作用，可归纳为提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力，提高在某些介质中(如硫化氢、氨、一氧化碳、水等介质)的抗蚀性与防止点蚀倾向等。故在结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢(也称热强钢)、磁钢等一系列的钢种中，得到广泛的应用。铬钼钢在很多情况下，可以代替较贵重的铬镍钢来制造各种重要的机件，由于钼增加钢的热强性，所以钼含量较高时，也会增加热加工的困难。6、铝（Al）是炼钢时的脱氧定
21、氮剂，并且能细化钢的晶粒，提高钢在低温下的韧性，铝对氮有极大的亲和力，含铝的钢渗氮后，在钢种表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层，从而提高其硬度和疲劳强度，并改善其耐磨性。铝还具有耐腐蚀性和抗氧化性，可作为不锈耐酸钢的主要合金元素。在钢的表面镀铝或渗铝，可提高其抗氧化性。铝和铬、硅复合应用，可以显著提高钢的高温不起皮性和耐高温腐蚀能力。铝还适用于作电热合金材料和磁性材料。但是，铝会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。7、铜（Cu）在钢中加入0.200.50的铜，特别是和磷配合使用时，可以使低合金结构钢和钢轨钢获得优良的抗大气腐蚀性能，并且也有利于提高钢的强度、耐磨性和屈强比，而
22、对钢的焊接性并没有不良的影响，是目前建造桥梁、船舶、汽车、机车车辆、化工石油设备及高压容器等的主要钢类。在奥氏体不锈钢中加入23的钢，可以提高其在酸性介质中的抗蚀性。但铜是稀缺金属之一，也是战略物资，因此一般不应在炼制中有意地加入。不过由于钢中含铜无法从冶炼过程中去除，而我国又有丰富的含铜铁矿，所以可以利用含铜铁矿来发展含铜钢。8、铅（Pb）不溶于钢中，它的沸点又很低，因此，为了特殊用途需要而专门加入少量的铅时，需在冶炼完了，在浇注过程中加入。其作用是在不显著地影响钢的其他性能的情况下，能显著提高钢的切削加工性。9、钨（W）具有熔点高、密度大的特点，和钼相似，也是一种贵重的金属元素。它在钢中的
23、用途，主要是增加钢的回火稳定性，热硬性和热强性，以及由于形成的特殊碳化物而增加的耐磨性。如当钨加入高碳钢中时，可以显著提高其耐磨性和切削性。因此，它主要用于工具钢，如高速钢、热锻模具等，而只在个别特殊情况下，才用于机械制造用的渗碳和调质结构钢中去。但这时必须和其他元素如硅、锰、铝、钼、钒、铬、镍等同时加入，单一含钨的结构钢，在力学性能上与碳素钢相比，得不到多少改善，故很少采用。钨能耐高压氧气的侵入，还能提高钢在高温下的蠕变抗力，当与钼复合应用时，效果更加显著。10、钒（V）是我国富有元素之一，也是目前发展新钢种最常用的合金元素之一。它和碳、氮、氧都有极强的亲和力，与之形成相应的极为稳定的化合物
24、。少量的不到0.5的钒能细化钢的晶粒，提高钢的强度、屈强比和低温韧性，改善钢的焊接性能，也能增加钢的热强性和蠕变的抗力。此外钒对碳的固定作用，还可以提高钢在高温下的抗氢侵蚀。但是，钒总是和其他合金元素如锰、铬、钨、钼等配合使用。常用于低温用钢、高压抗氢钢、高级优质弹簧钢、新型轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、耐热钢等。但钒含量不宜过高，过高则降低钢的韧性，不利于钢的蠕变性能。11、钛（Ti）是化学上极为活泼的金属元素之一，它和氮、氧、碳都有极强的亲和力。因此，钛也是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素。钛能使钢的内部组织致密，提高钢的强度，含钛量为0.060.12的低合金结构钢，具有良好的
25、力学性能和工艺性能，但主要缺点是淬透性稍差。在含钼锅炉钢中，钛可以阻止在高温(大于500)下长期使用时出现的石墨化现象；在含铬46的耐热钢中，加人大于4倍碳含量的钛，可以避免钢的淬硬倾向，还可以显著提高钢的焊接性能。钛还能提高钢在高温高压下抗氢、氮、氨腐蚀的能力。与其他元素配合使用，能提高钢的抗大气、海水及抗硫化氢(H2S)腐蚀的能力。此外，一定量的钛加入Cr18Ni9型奥氏体不锈钢中，可完全避免晶间腐蚀，从而被广泛地应用。目前钛越来越多地被应用于夹端工业材料，成为重要的战略物资。12、铌（Nb）和钽（Ta）均是难熔的稀有元素，价格较昂贵，在钢中的作用和钒、钛、锆等类似，和碳、氮、氧都有极强的
26、亲和力，与之形成相应的极稳定的化合物。铌和钽均能细化钢的晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，在一定的存在条件下，也能提高钢的强度和韧性及对蠕变的抗力等。在低合金结构钢中加铌，既能提高钢的抗大气、海水腐蚀能力，及在高温高压下抗氢、氮、氨腐蚀能力，也能提高钢的屈服强度和冲击韧性，降低其脆性转变温度，并改善其焊接性能；在高铬耐热不锈钢中加铌，可以降低钢的空冷硬化性，提高钢的热强性，避免回火脆性，提高其蠕变强度，并改善钢的高温不起皮性，在奥氏体钢如Cr18Ni8型不锈耐热钢中加铌，可以防止不锈钢晶间腐蚀现象的发生，但这类钢冷变形比较困难，焊接性也较差。13、镐（Zr）是稀有金属，为碳化物形态元素。在炼
27、钢过程中，锆是强有力的脱氧和脱氮元素。钴能细化钢的奥氏体晶粒，它和硫能化合成硫化锆，因此能防止钢的热脆性。锆还能改善钢的蓝脆现象，降低钢的回火脆性，在低合金结构钢中改善钢的低温韧性，作用比钒好。但由于锆在钢中的溶解度很小，且价格昂贵，因此很少在一般钢中应用，而多用于特殊用途。目前，锆主要用于原子能工业，广泛用作核反应堆的包套材料和结构材料。此外，在化工方面，锆和铪一起用于制造耐腐蚀性很高的设备。14、钴（Co）是世界上稀有的贵重金属，因此多用于特殊钢和合金中。如在高速钢中加入钴，可以提高它的高温硬度。钴加入含镍(1825)的马氏体时效钢中，可以获得很高的硬度和强度，很好的综合力学性能。尤其是随
28、着钴和钼含量的增多，时效后硬度和强度的增高就更为显著。而与此同时，如再加入适量的钛、铝、硼和钴，则对时效后的性能更好。此外，钴在热强钢和磁性材料中，也是重要的合金元素。15、稀土元素(RE)是很好的钢中脱硫去气剂，可用于清除其他如砷、锑、铋等有害杂质，可以改变钢中夹杂物的形态和分布情况，从而改善钢的质量。在低合金结构钢中加入适量的稀土，有良好的脱氧、脱硫作用，可以提高冲击韧性（特别是低温韧性），耐大气腐蚀，并有良好的焊接性能和冷加工性能，在高合金的不锈耐热钢和电热合金中加入稀土，既可以提高钢的抗氧化性和抗蚀性，也可以改善钢和合金的铸态组织，从而改善其热加工性能并提高其使用寿命。但由于稀土加入方
29、法以及分析检验方法尚未能很好地掌握，以致使用效果波动颇大，甚至有时反会产生不利的影响，有待今后进一步研究。一般所说的稀土元素，是指镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪共17个元素。16、铍（Be）是稀有轻金属之一。和氧、硫都有极强的亲和力，是一种理想的脱氧去硫剂。铍是极强的铁索体固溶强化元素之一，钢中加铍，能增加钢的淬透性，也可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。但由于铍供给困难，价格昂贵，目前除了特殊用途(如原子能工业、导弹等)外，在一般合金钢中尚难于普遍使用。17、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）硫在钢中一般认为它是残存在钢中的有害元素之一。它降低钢的延展性及
30、韧性，损害钢的抗蚀性，对焊接也有不利影响等。所以在优质钢中，其含量控制在0.045以下，就是在普通钢中也不得大于0.055(在侧吹碱性转炉钢中，放宽为不大于0.065)。但在某种条件下，害处可以转化为益处，如在含硫易切钢中，就是提高其硫和锰的含量，使形成较多的硫化锰(MnS)微粒，以改善钢的切削加工性，硒和碲在周期表中和硫同族，性能颇相似，在钢中的作用也相似。18、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）是属于元素周期表中同一族的元素。因此这三种元素在钢中有一些类似的作用。它们加入钢中都有不同程度的抗腐蚀能力。磷和砷，尤其是磷对提高钢的抗拉强度有显著的作用，也能改善钢的切削加工性，但它们又都增加钢的脆
31、性，尤其是低温脆性。此外，磷和砷都是造成钢较严重偏析的有害元素，砷和锑都有抗蚀作用，但如何在钢中予以应用，尚需研究。19、硼（B）硼和氮及氧都有很强的亲和力，它在钢中突出的作用是微量(0.001)的硼就可以成信地增加钢的淬透性，从而节约其他较稀缺、贵重的合金元素，如镍、铬、钼等。在珠光体耐热钢中，微量硼可以提高钢的高温强度，并提高钢的抗硫化氢(H2S)腐蚀能力；在奥氏体钢中加入0.025的硼，可以提高其蠕变强度.至于硼含量较高(大于1)的钢，在原子能方面的应用，则是近十几年的事。20、氮（N）在钢中的作用主要为：固溶强化及时效沉淀强化；形成和稳定奥氏体组织；改善高铬和高铬镍钢的宏观组织，使之致
32、密坚实，并提高其强度；借渗入方法与钢表面层中的铬、铝等合金元素化合形成氮化物，增加钢表面层的硬度、强度、耐磨性及抗蚀性等。但氮在钢中的作用，也有其不利的一面，如对低碳钢，由于氮化铁(Fe4N)的析出，导致时效和蓝脆现象；含量超过一定限度时，易在钢中形成气泡和疏松，与钢中的钛、铝等元素形成带棱角而性脆的夹杂群等。氮的使用，不受资源的跟制，如能用其所长，避其所短，充分发挥其作用，含氮钢是有其广泛发展前途的。21、氢（H）以原子或离子形成溶于钢中，形成间隙固溶体，因而也起到某些合金化的作用，有稳定奥氏体，增加钢淬透性的好处。但它在钢中造成很多严重的缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆，以及焊缝热影响区内
33、的裂缝等。这些缺陷的危害性，远远超过它作为合金化元素所带来的好处，所以一般把它看做是一种有害的元素，而采取种种措施，以降低其在钢中的含量。22、氧（O）钢中的氧对钢的力学性能有不利的影响，是作为有害元素来看待的。但氧在冶炼过程中却是不可缺少的主要因素之一，特别是在吹氧炼钢中，它起着主要的作用。其次，在炼制沸腾钢和半镇静钢时，钢液中还必须保留适量的氧，以便钢液在钢锭模中发生适度的沸腾作用，使钢锭有一个较纯净坚实的外壳层，使轧成的钢板和钢材具有光滑优良的表面层。同时，由于沸腾过程中产生的一氧化碳(CO)气泡，在钢锭中占有一定体积，压缩或消除钢锭中的缩孔，这可以增加钢的收得率和成材率。这些也可以说是
34、氧在钢中的有利作用。注：上述所有的元素含量，未加说明的均为质量分数各种合金元素对钢性能的影响1、Al （1）Al当钢中其含量小于35%时，是一有益的元素。其作用是：高的抗氧化性和电阻。作为强烈脱氧剂加进的Al，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中。因而可阻止钢加热时的晶粒长大（含Al10%，在加热1200才有细化作用，否则其作用甚小）和改善钢的淬透性。所以这些氧化物成为结晶的中心，而在钢冷却时又对A体分解起促进作用。作为合金元素，有助于钢的氮化，因而可提高钢的热稳定性。所以AlN本身在加热时具有高稳定性，与都有利于减弱钢的过热倾向。可改善钢的抗氧化性，考虑和，能提高钢的电阻，与Cr
35、共同用于制造高电阻铬铝合金：如Cr13Al4、1Cr17Al5、1Cr25Al5。Al使电阻增高的程度比Cr还高的多。在Cr钢中加Al，会粗晶易脆，所以其量一般不超过5%，个别才有89%。对硅钢而言，Al可减少铁心损失，降低磁感强度，与氧结合可减弱磁时效现象，但Al的氧化物会使磁性变坏。Al（0.5%）也会使硅钢变脆。（2）Al的不良影响 促进钢的石墨化，减少合金相中的碳溶浓度，所以硬度、强度降低。 加速脱碳 当Al含量增加至35%时，89%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。（其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱
36、，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。此外，它在800以上的高温长时间停置也极易变脆。一般合金钢中含Al量：合金结构钢：Al=0.41.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐热不起皮钢：Al=1.14.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)电热合金： Al=3.56.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等) 甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。2、Si（1）一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时（4.86
37、.5%）将使钢具有很高的脆性。Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。其晶格常数与-Fe、-Fe区别小。因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入12%的Si，调质中b将增1520%，而Aku也提高了，还提高了s和。利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量0.5
38、%。硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。所以可大大减少涡流损失。由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。硅可显著地减慢回火马氏体在低温（200）时的分解速度。（在较高温度即400500则作用并不显著）Si是铁素体形成元素，多加Si会使A-转化。（2）Si的不良影响促使石墨化，促进脱碳（它是阻止碳化物形成的一种元素），含Si钢一般不作渗碳。促进回火脆性的发展，使塑性降低。Si对冲击韧性和韧性的温度储量的影响不是等值的。当Si=11.5%时作用尚良好。S
39、i=2.53%时则影响不良，含Si=22.5%，则难以锻造。当Si2.3%时,矽铬钢对回火脆性的敏感性还很低,但对当Si=2.53.5%时，对回火脆性和敏感性就高。用这种钢必须采取韧性处理（回火后在水中浸渍，锻时用少韧处理），而当Si3.5时，甚至持用韧性处理也已不能消除矽铬钢的脆性。（不过，Mo的加入可使其脆性稍许改善），SI=4%时，室温下即可能脆裂。对碳素工具钢，Si含量上升时，将降低其淬透性等级。一般结构钢中均不宜加Si，对于高速钢，不大于0.4%。由于硅的存在，使钢中增碳困难，并使渗碳速度降低，所以此类钢多不作渗碳处理。硅锰结合，Mn可下降，因为Si引起的脱碳，Si有微弱的抑制晶粒长
40、大的作用，可稍下降，Mn引起的调质粗晶，有相互改善作用，但易生白点，应注意冶炼时原材料的干燥烘烤。硅在钢中还常以Fe、Mn的硅酸盐类夹杂物而存在，均会降低钢的各种性能，塑性比硫化物低。这类夹杂物透光度很高，而反光度则低，故显微镜下常呈灰黑色。（3）一般合金钢中Si含量：一般碳钢：Si0.5%合金结构钢： Si =0.91.6% (27SiMn、40CrSi、20CrMnSi、35CrMnSiA等)弹簧钢： Si =1.52% (55Si2Mn、60Cr2Mn等)轴承钢： Si =0.40.7% (GCr9SiMn、GCr15SiMn、GCr6SiMn等)工具钢： Si =0.651.8% (S
41、iMn、9SiCr、5SiMnMoV、6SiMoV等)耐热钢： Si =14.3% (Cr17Al4Si、Cr20Si3、4Cr9Si2、4Cr3Si4等)电机硅钢片： Si =0.81.8% 、1.82.8%、2.83.8%、3.84.8%为低、中、较高、高级硅钢片3、Mn（1）锰的有益作用是高的强度和耐磨性),淬透、渗碳、冷工硬化。14%（高耐磨钢），1719%（护环钢） 作为炼钢的脱氧剂用，因为一般钢中均含Mn，其量0.7%。 Mn和S作用抵消S对铁的红脆影响。 Mn对各类钢的作用是：珠光体Mn钢：可提高其强度和耐磨性，塑性亦不错。所以它能细化珠光体组织。（对含碳量较高的钢，Mn，塑性稍
42、有降低。对低碳钢则含Mn，而韧性。奥氏体Mn钢：有足够高的塑性和很高的耐磨性。所以Mn能增加奥氏体的稳定性，扩大相区得奥氏体。降低淬火时的临界冷却速度。降低钢的临界点（A1和A3）同碳量碳素钢低2530，所以可提高钢的淬透性，淬火时的变形也比较小，因此适于制大截面和复杂的零件。Mn=5%时，Mn降至0。马氏体Mn钢：易使之发脆、淬裂。Mn易溶于铁素体内，形成弱碳化物其稳定性不强。所以加热过程中极易完全溶入奥氏休中，加之其临界点又低，所以晶粒极易粗化、极易淬裂，为此应严格控制淬火加热温度和保温时间，一般均以油淬或流动空气中冷却为宜，只有形状简单件才好用水淬。调质钢：将降低其塑性（回火脆性影响）。
43、渗碳钢：Mn的存在能促进渗碳作用，所以能大大提高钢的表面硬度与耐磨性，尤其可贵的是在渗碳时表面软点较少，也不改变过分增碳的倾向。（渗碳后的锰钢，在最后淬火前，应进行一次正火或退火处理，以消除因长时间渗碳造成的心部过热）。结构钢：将促使其回火脆性增强。工具钢：加入约1%Mn，可减少淬火时的体积变形，这对于精密工具和长形工具来说有重要的意义。（如CrMn、CrWMn钢等）。 Mn可改善钢的焊接性和低温性能，还可减慢钢的脱碳作用。 Mn量中还可适当改善钢的切削性能。 对某些钢，Mn的作用可代Ni，能扩大相区得奥氏体，如模具钢（增强淬透性）、奥氏体钢等。 高锰钢对冷工硬化敏感，可提高钢的强度和耐磨性。
44、（Mn=1014%，而C=11.4%） 铬锰奥氏体钢的热强性很好，甚至可超过Cr、Ni钢，加4%Cr、Ni红热耐磨性更好。Mn价廉。（2）锰的不良影响是： 增加钢的过热敏感性（粗晶）：这是由于含Mn渗碳体的稳定性不强，在加热过程中很容易完全溶于奥氏体中。加之，Mn钢的临界点亦较低，所以就易粗晶了。为此锻造和热处理加热都要严格控制加热温度和保温时间。所有合金元素中，Mn是不能减低奥氏体晶粒长大倾向的元素，相反引起粗晶。 增强钢对白点的敏感性，故要缓冷。（含C0.3%时影响即较大）增强回火脆性，且易形成带状和纤维组织。故纵、横向性能差较大（Mn2.4% 延伸率） 高锰钢熔点低（Mn1314%，T熔13501400）平均线膨胀系数大（相当于钢类矽钢的1.9倍），导热系数小（约为同类矽钢的1/31/4），热加工稍难。 高锰钢在冷速不够时，易生成块状碳化物沿晶界析出，使钢变脆，采用水淬速冷时，可使碳化物来不及析出，得到均匀奥氏体组织，性能改善。但因为含Mn量高，导热性差，速冷则温差应力大而易淬裂，所以淬火次数不宜多。（3）含Mn
