1、鉻(Cr)
鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化作用.可提高高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆；含量超過12%時.使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用.還增加鋼的熱強性,鉻為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素.
鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強度和硬度.降低伸長率和斷面收縮率.當鉻含量超過15%時,強度和硬度將下 降,伸長率和斷面收縮率則相應地有所提高.含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量.
鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中的主要作用是提高淬透性.使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學性能,在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物,從而提高材料表面的耐磨性.
含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳.鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性.有良好的回火穩(wěn)定性.在電熱合金中,鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度.
(1) 對鋼的顯做組織及熱處理的作用
A、鉻與鐵形成連續(xù)固溶體,縮小奧氏體相區(qū)城.鉻與碳形成多種碳化物,與碳的親和力大于鐵和錳而低于鎢、鉬等．鉻與鐵可形成金屬間化合物σ相(FeCr)
B、鉻使珠光體中碳的濃度及奧氏體中碳的極限溶解度減少
C、減緩奧氏體的分解速度,顯著提高鋼的淬透性．但亦增加鋼的回火脆性傾向
(2)對鋼的力學性能的作用
A、提高鋼的強度和硬度．時加入其他合金元素時,效果較顯著
B、顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度
C、在含鉻量高的Fe-Cr合金中,若有σ相析出,沖擊韌性急劇下降
(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用
A、提高鋼的耐磨性,經(jīng)研磨,易獲得較高的表面光潔度
B、降低鋼的電導率,降低電阻溫度系數(shù)
C、提高鋼的矯頑力和剩余磁感．廣泛用于制造永磁鋼
D、鉻促使鋼的表面形成鈍化膜,當有一定含量的銘時,顯著提高鋼的耐腐蝕性能（特別是硝酸）.若有鉻的碳化物析出時,使鋼的耐腐蝕性能下降
E、提高鋼的抗氧化性能
F、鉻鋼中易形成樹枝狀偏析,降低鋼的塑性
G、由于鉻使鋼的熱導率下降,熱加工時要緩慢升溫,鍛、軋后要緩冷
(4)在鋼中的應用
A、合金結(jié)構(gòu)鋼中主要利用鉻提高淬透性,并可在滲碳表面形成含鉻碳化物以提高耐磨性
B、彈簧鋼中利用鉻和共他合金元素一起提供的綜合性能
C、軸承鋼中主要利用鉻的特殊碳化物對耐磨性的貢獻及研磨后表面光沽度高的優(yōu)點
D、工具鋼和高速鋼中主要利用鉻提高耐磨性的作用,并具有一定的回火穩(wěn)定性和韌性
E、不銹鋼、耐熱鋼中鉻常與錳、氮、鎳等聯(lián)合便用,當需形成奧氏體鋼時,穩(wěn)定鐵素體的鉻與穩(wěn)定奧氏體的錳、鎳之間須有一定比例,如Cr18Ni9等
F、我國鉻資源較少．應盡量節(jié)省鉻的使用
2、鉬(Mo)
鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性.防止回火脆性,增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性.
在調(diào)質(zhì)鋼中,鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透,提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性,使零件可以在較高溫度下回火,從而更有效地消除（或降低）殘余應力,提高塑性.
在滲碳鋼中鉬除具有上述作用外,還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向,減少滲碳層中殘留奧氏體,相對地增加了表面層的耐磨性.
在鍛模鋼中,鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度,增加對變形、開裂和磨損等的抗力.
在不銹耐酸鋼中,鉬能進一步提高對有抗酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過氧化氫、硫酸,亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性.特別是由于鉬的加入,防止了氯離子存在所產(chǎn)生的點腐蝕傾向.
含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有高的耐磨性、回火硬度和紅硬性等.
(1)對鋼的顯做組織及熱處理的作用
A、鉬在鋼中可固溶于鐵素體、奧氏體和碳化物中,它是縮小奧氏體相區(qū)的元素
B、當鋼含量較低時,與鐵、碳形成復合的滲碳體；含量較高時可形成鋼的特殊碳化物
C、鉬提高鋼的淬透性,其作用較鉻強．而稍遜于錳
D、鉬提高鋼的回火穩(wěn)定性,作為單一合金元素存在時,增加鋼的回火脆性；與鉻、錳等并存時,鉬又降低或抑止因其他元素所導致的回火脆性
(2)對鋼的力學性能的作用
A、鉬對鐵素體有固溶強化作用．同時也提高碳化物的穩(wěn)定性．從而提高鋼的強度
B、鉬對改善鋼的延展性和韌性以及耐磨性起到有利作用
C、由于鉬使形變強化后的軟化和恢復溫度以及再結(jié)晶溫度提高,并強烈提高鐵素體的蠕變抗力,有效抑制滲碳體在450-600℃下的聚集．促進特殊碳化物的析出,因而成為提高鋼的熱強性的最有效的合金元素
(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用
A、在含碳1.5％的磁鋼中,2％-3％的鋼提高剩余磁感和矯頑力
B、在還原性酸及強氧化性鹽溶液中都能使鋼表面鈍化．因此鉬可以普遍提高鋼的抗蝕性能,防止鋼在氯化物溶液中的點蝕
C、鉬含量較高(>3%)時使鋼的抗氧化性惡化
D、含鉬不超過8％的鋼仍可以鍛、軋,但含量較高時,鋼對熱加工的變形抗力增高
(4)在鋼中的應用
A、在調(diào)質(zhì)和滲碳結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹耐酸鋼、耐熱鋼、磁鋼中都得到了廣泛應用
B、鉻鉬鋼在許多情況下可代替鉻鎳鋼來制造重要的部件
C、我國富產(chǎn)鉬,但在世界范圍內(nèi)的儲量并不豐富.含鉬鋼在我國應適當發(fā)展,但鉬是重要戰(zhàn)略物資,應注意合理和節(jié)約使用
3、硅(Si)
硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度,其作用僅次于磷,較錳、鎳、鉻、鎢、鉬和釩等元素強.但含硅超過3%時,將顯著降低鋼的塑性和韌性.硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(σs/σb),以及疲勞強度和疲勞比(σ-1/σb)等,這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故.
硅能降低鋼的密度、熱導率和電導率.能促使鐵素體晶粒粗化.降低矯頑力.有減小晶體的各向異性傾向,使磁化容易,磁阻減小,可用來生產(chǎn)電工用鋼,所以硅鋼片的磁滯損耗較低,硅能提高鐵素體的磁導率,使硅鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強度.但在強磁場下,硅降低鋼的磁感強度.硅因有強的脫氧力,從而減小了鐵的磁時效作用.
含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時,表面將形成一層SiO2薄膜,從而提高鋼在高溫時的抗氧化性.
硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長,降低塑性.硅鋼若加熱或冷卻較快,由于熱導率低,鋼的內(nèi)部和外部溫差較大,因而易裂.
硅能降低鋼的焊接性能.因為與氧的親合力硅比鐵強,在焊接時容易生成低熔點的硅酸鹽,增加熔渣和熔化金屬的流動性,引起噴濺現(xiàn)象,影響焊縫質(zhì)量.硅是良好的脫氧劑.用鋁脫氧時酌加一定量的硅,能顯著提高鋁的脫氧能力.硅在鋼中本來就有一定的殘存,這是由于煉鐵煉鋼作為原料帶入的.在沸騰鋼中,硅限制在＜0.07% ,有意加入時,則在煉鋼時加入硅鐵合金.
(1)對鋼的顯做組織及熱處理的作用
A、作為鋼中的合金元素,其含量一般不低于0.4 ％.以固溶體形態(tài)存在于鐵素體或奧氏體中,縮小奧氏體相區(qū)
B、提高退火、正火和淬火溫度,在亞共析鋼中提高淬透性
C、硅不形成碳化物,有強烈的促進碳的石墨化的作用,在硅含量較高的中碳和高碳鋼中,如不含有強碳化物形成元素,易在一定溫度條件下發(fā)生石墨化
D、在滲碳鋼中,硅減小滲碳層厚度和碳的濃度
E、硅對鋼水有良好脫氧作用
(2)對鋼的力學性能的作用
A、提高鐵素體和奧氏體的硬度和強度,其作用較Mn 、Ni 、Cr . W 、Mo、V 等更強；顯著提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈強比(σs/σb)．并提高應勞強度和疲勞比(σ-1/σb)
B、硅含量超過3 ％時顯著降低鋼的塑性和韌性；硅提高塑／脆轉(zhuǎn)變溫度
C、硅易使鋼中形成帶狀組織,使橫向性能低于縱向性能
D、改善鋼的耐磨性能
(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用
A、降低鋼的密度、熱導率、電導率和電阻溫度系數(shù)
B、硅鋼片的渦流損耗量顯著低于純鐵,矯頑力、磁阻和磁滯損耗較低．磁導率和磁感強度較高.但在強磁場中,硅降低磁感強度
C、提高高溫時鋼的抗氧化性能,但硅含量高時,表面脫碳加劇
D、硅含量超過2.5 ％的鋼,其變形加工較為困難
E、硅降低鋼的可焊性
(4)在鋼中的應用
A、在普通低合金鋼中提高強度,改善局部腐蝕抗力,在調(diào)質(zhì)鋼中提高淬透性和抗回火性,是多元合金結(jié)構(gòu)鋼中的主要合金組元之一
B、硅含量為0.5 %-2.8 ％的SiMn 或SiMnB 鋼(碳含量0.5 ％-0.7 %)廣泛用于高載荷彈黃材料,同時加人W 、V 、Mo、Nb 、Cr等強碳化物形成元素
C、硅鋼片為含硅1.O ％-4.5 ％的低碳和超低碳鋼,用于電機和變壓器
D、在不銹鋼和耐蝕鋼中,與Mo 、W 、Cr 、Al、Ti、N 等配合,提高抗蝕和抗高溫氧化能力
E、硅含量較高的石墨鋼用于冷作模具材料
4、錳(Mn)
錳是良好的脫氧劑和脫硫劑 .鋼中一般都含有一定量的錳,它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性,從而改善鋼的熱加工性能.
錳和鐵形成固溶體,提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度；同時又是碳化物形成元素,進入滲碳體中取代一部分鐵原子.錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度.起到細化珠光體的作用.也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用；錳穩(wěn)定奧氏體組織的能力僅次于鎳,也強烈增加鋼的淬透性.已用含量不超過2%的錳與其他元素配合制成多種合金鋼.
錳具有資源豐富、效能多樣的特點,獲得了廣泛的應用,如含錳較高的碳素結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼.
在高碳高錳耐磨鋼中.錳含量可達10%一14% ,經(jīng)固溶處理后有良好的韌性,當受到?jīng)_擊而變形時,表面層將因變形而強化,具有高的耐磨性.
錳與硫形成熔點較高的MnS .可防止因FeS而導致的熱脆現(xiàn)象.錳有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性.若冶煉澆鑄和鍛軋后冷卻不當,容易使鋼產(chǎn)生白點.
(1)對鋼的顯做組織及熱處理的作用
A、錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,工業(yè)用鋼中一般均含有一定量的錳
B、錳固溶于鐵素體和奧氏體中．擴大奧氏體區(qū),使臨界溫度A4點升高,A3點降低,(α+γ)區(qū)下移．當錳含量超過12％時,上臨界點降至室溫以下,使鋼在室溫時形成單一奧氏體組織.在降低共析溫度同時,使共析體中的碳含量減少
C、錳強烈降低鋼的Ar1和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(其作用僅次于碳）和鋼中相變的速度,提高鋼的淬透性,增加殘余奧氏體含量
D、使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻、細化,避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊,但增大了鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向
E、錳是弱碳化物形成元素
(2)對鋼的力學性能的作用
A、錳強化鐵素體或奧氏體的作用不及碳,磷、硅,在增加強度的同時,對延展性無影響
B、由于細化了珠光體,顯著提高低碳和中碳珠光體鋼的強度,使延展性有所降低
C、通過提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學性能
D、在嚴格控制熱處理工藝、避免過熱時的晶粒長大以及回火脆性的前提下,錳不會降低鋼的韌性
(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用
A、隨錳含量的增加,鋼的熱導率急劇下降,線脹系數(shù)上升,使快速加熱或冷卻時形成較大內(nèi)應力,工件開裂傾向增大
B、使鋼的電導率急劇降低,電阻率相應增大,電阻溫度系數(shù)下降
C、使矯頑力增大,飽和磁感、剩余磁感和磁導率均下降,因而錳對永磁合金有利,對軟磁合金有害
D、錳含量很高時,鋼的抗氧化性能下降
E、使鋼中的硫形成較高熔點的MnS ,避免了晶界上的FeS 薄膜,消除鋼的熱脆性,改善熱加工性能
F、高錳奧氏體鋼的變形阻力較大,且鋼錠中柱狀結(jié)晶明顯,鍛軋時較易開裂
G、由于提高了淬透性和降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度,對焊接性能有不利影響.在適當范圍內(nèi)應降低碳含量
(4)在鋼中的應用
A、易切削鋼中常有適量的錳和磷,MnS夾雜使切屑易于碎斷
B、普通低合金鋼中利用錳來強化鐵素體和珠光體,提高鋼的強度,錳含量一般為1％-2%
C、滲碳和調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼的許多系列中含有不超過2％的錳
D、彈簧鋼、軸承鋼和工具鋼中利用錳強烈提高淬透性的作用,可采用油淬和空冷的淬火工藝,減少開裂、扭曲和變形
E、耐磨鋼、無磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼,包括高碳高錳耐磨鑄鋼(C:1.0 ％-1.4%,Mn:10％-14%),中碳高錳無磁鋼(C:0.3 ％-0.6% , Mn:18％-19%),低碳高錳不銹鋼(有Cr ,無Ni或少Ni),高錳耐熱鋼（以Mn代Ni 的耐熱不起皮鋼,或含有Al、Mo、V等）
5、硫(S)
提高硫和錳的含量,可改善鋼的被切削性能,在易切削鋼中硫作為有益元素加入.硫在鋼中偏析嚴重,惡化鋼的質(zhì)量.在高溫下,降低鋼的塑性,是一種有害元素,它以熔點較低的FeS的形式存在；單獨存在的FeS的熔點只有1190℃ ,而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低,只有988℃ ,當鋼凝固時,硫化鐵析集在原生晶界處.鋼在1100-1200℃進行軋制時,晶界上的FeS就將熔化,大大地削弱了晶粒之間的結(jié)合力,導致鋼的熱脆現(xiàn)象.因此對硫應嚴加控制,一般控制在0.020%-0.050%.為了防止因硫?qū)е碌拇嘈?應加入足夠的錳,使其形成熔點較高的MnS.若鋼中含硫量偏高,焊接時由于SO2的產(chǎn)生,將在焊接金屬內(nèi)形成氣孔和疏松,
(1)對鋼的顯做組織及熱處理的作用
A、氮和碳一樣可固溶于鐵,形成間隙式的固溶體
B、氮擴大鋼的奧氏體相區(qū),是一種很強的形成和穩(wěn)定奧氏體的元素,具效力約20 倍于鎳,在-定限度內(nèi)可代替一部分鎳用于鋼中
C、滲入鋼表面的氮與鉻、鋁、釩、鈦等元素可化合成極穩(wěn)定的氮化物,成為表而硬化和強化元素
D、氮使高鉻和高鉻鎳鋼的組織致密堅實
E、鋼中殘留氮量過高會導致宏觀組織疏松或氣孔
(2)對鋼的力學性能的作用
A、氮有固溶強化作用
B、含氮鐵素體鋼中,在快冷后的回火或在室溫長時間停留時,由于析出超顯微氮化物,可發(fā)生沉淀硬化過程• 氮也使低碳鋼發(fā)生應變時效現(xiàn)象.在強度和硬度提高的同時,鋼的韌性下降,缺口敏感性增加,氮導致鋼的脆性的特件近似磷,其作用遠大于磷、氮也是導致鋼產(chǎn)生藍脆的主要原因
C、提高高鉻和高鉻鎳鋼的強度,而塑性并不降低,沖擊韌性還有顯著提高
D、氮還能提高鋼的蠕變和高溫持久強度
(3)對鋼的物理、化學及工藝性能的作用
A、氮對不銹鋼的抗蝕性能無顯著影響
B、對鋼的高溫抗氧化性也無顯著影響,氮含量過高（如＞0.16%）可使抗氧化性惡化
C、含氮鋼冷作變形硬化率較高,采用冷變形工藝時．應予注意
D、氮可降低高鉻鐵素體鋼的晶粒長大傾向,從而改善其焊接性能
(4)在鋼中的應用
A、氮作為合金元家,在鋼的含量一般小于0.3% ,特殊情況下可高達0.6%
B、主要應用于滲氮調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、普通低合金鋼、不銹耐酸鋼及耐熱不起皮鋼.氮在鋼中作為合金元素的應用還在擴大
6、磷(P)
磷在鋼中固溶強化和冷作硬化作用強,作為合金元素加入低合金結(jié)構(gòu)鋼中,能提高其強度和鋼的耐大氣腐蝕性能,但降低其冷沖壓性能.磷與硫和錳聯(lián)合使用,能增加鋼的被切削性能,增加加工件的表面質(zhì)量,用于易切鋼,所以易切鋼含磷也較高.磷溶于鐵素體,雖然能提高鋼的強度和硬度,最大的害處是偏析嚴重,增加回火脆性,顯著降低鋼的塑性和韌性,致使鋼在冷加工時容易脆裂,也即所謂”冷脆”現(xiàn)象.磷對焊接性也有不良影響.磷是有害元素,應嚴加控制,一般含量不大于0.030%-0.040%.
7、碳（C）：鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過0.20%.碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性. 典型的例子是低碳鋼、高碳鋼、高碳鋼力學性能變化.