元素

對(duì)鋼鐵性能的影響

H（氫）

H是一般鋼中最有害的元素，鋼中溶有氫會(huì)引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷。氫與氧、氮一樣，在固態(tài)鋼中溶解度極小，在高溫時(shí)溶入鋼液，冷卻時(shí)來(lái)不及逸出而積聚在組織中形成高壓細(xì)微氣孔，使鋼的塑性、韌度和疲勞強(qiáng)度急劇降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋、脆斷。“氫脆”主要出現(xiàn)在馬氏體鋼中，在鐵氧體鋼中不十分突出，一般與硬度和含碳量一起增加。

另一方面，H能提高鋼的磁導(dǎo)率，但也會(huì)使矯頑力和鐵損增加（加H后矯頑力可增大0.5～2倍）。

B（硼）

B在鋼中的主要作用是增加鋼的淬透性，從而節(jié)約其他較稀貴的金屬，與鎳、鉻、鉬等。為了這一目的，其含量一般規(guī)定在0.001%～0.005%范圍內(nèi)。它可以代替1.6%的鎳、0.3%的鉻或0.2%的鉬，以硼代鉬應(yīng)注意，因鉬能防止或降低回火脆性，而硼卻略有促進(jìn)回火脆性的傾向，所以不能用硼將鉬完全代替。

中碳碳素鋼中加硼，由于提高了淬透性，可使厚20mm以上的鋼材調(diào)質(zhì)后性能大為改善，因此，可用40B和40MnB鋼代替40Cr，可用20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼。但由于硼的作用隨鋼中碳的含量的增加而減弱，甚至消失，在選用含硼滲碳鋼時(shí)，必須考慮到零件滲碳后，滲碳層的淬透性將低于芯部的淬透性的這一特點(diǎn)。

彈簧鋼一般要求完全淬透，通常彈簧面積不大，采用含硼鋼有利。對(duì)高硅彈簧鋼硼的作用波動(dòng)較大，不便采用。

硼和氮及氧有強(qiáng)的親和力，沸騰鋼中加入0.007%的硼，可以消除鋼的時(shí)效現(xiàn)象。

C（碳）

C是僅次于鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能等。  

當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低；但當(dāng)含碳量在1.0%以上時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度反而下降。

隨著含碳量的增加，鋼材的焊接性能變差（含碳量大于0.3%的鋼材，可焊性顯著下降），冷脆性和時(shí)效敏感性增大，耐大氣銹蝕性下降。

N（氮）

N對(duì)鋼材性能的影響與碳、磷相似，隨著氮含量的增加，可使鋼材的強(qiáng)度顯著提高，塑性特別是韌性也顯著降低，可焊性變差，冷脆性加劇；同時(shí)增加時(shí)效傾向及冷脆性和熱脆性，損壞鋼的焊接性能及冷彎性能。因此，應(yīng)該盡量減小和限制鋼中的含氮量。一般規(guī)定氮含量應(yīng)不高于0.018%。

氮在鋁、鈮、釩等元素的配合下可以減少其不利影響，改善鋼材性能，可作為低合金鋼的合金元素使用。有些牌號(hào)的不銹鋼，適當(dāng)增加N的含量，可以減少Cr的使用量，可以有效降低成本。

O（氧）

O在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過(guò)程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。鋼水凝固期間，溶液中氧和碳反應(yīng)會(huì)生成一氧化碳，可以造成氣泡。氧在鋼中主要以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式存在，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。

氧會(huì)使硅鋼中鐵損增大，磁導(dǎo)率及磁感強(qiáng)度減弱，磁時(shí)效作用加劇。

Mg（鎂）

鎂能使鋼中夾雜物數(shù)量減少、尺寸減小、分布均勻、形態(tài)改善等。微量鎂能改善軸承鋼的碳化物尺寸及分布，含鎂軸承鋼的碳化物顆粒細(xì)小均勻。當(dāng)鎂含量為0.002%～0.003% ,其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加5%以上，塑性基本保持不變。

Al（鋁）

鋁作為脫氧劑或合金化元素加入鋼中，鋁脫氧能力比硅、錳強(qiáng)得多。鋁在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒、固定鋼中的氮，從而顯著提高鋼的沖擊韌性，降低冷脆傾向和時(shí)效傾向性。如D級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼要求鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%，深沖壓用冷軋薄鋼板08AL要求鋼中酸溶鋁含量為0.015%―0.065%。

鋁還可提高鋼的抗腐蝕性能，特別是與鉬、銅、硅、鉻等元素配合使用時(shí)，效果更好。

鉻鉬鋼和鉻鋼中含Al可增加其耐磨性。高碳工具鋼中Al的存在可使產(chǎn)生淬火脆性。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Si（硅）

Si是煉鋼過(guò)程中重要的還原劑和脫氧劑：對(duì)于碳鋼中的很多材質(zhì)來(lái)說(shuō)，都含有0.5%以下的Si，這些Si一般是由于煉鋼過(guò)程中作為還原劑和脫氧劑而帶入的。

硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強(qiáng)。但含硅量超過(guò)3%時(shí)，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(qiáng)度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強(qiáng)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(dǎo)率和電導(dǎo)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?xún)A向，使磁化容易，磁阻減小，可用來(lái)生產(chǎn)電工用鋼，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導(dǎo)磁率，使鋼片在較弱磁場(chǎng)下有較高的磁感強(qiáng)度。但在強(qiáng)磁場(chǎng)下硅降低鋼的磁感強(qiáng)度。硅因有強(qiáng)的脫氧力，從而減少了鐵的磁時(shí)效作用。

含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。

硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長(zhǎng)，降低塑性。硅鋼若加熱時(shí)冷卻較快，由于熱導(dǎo)率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂。

硅能降低鋼的焊接性能。因?yàn)榕c氧的結(jié)合能力硅比鐵強(qiáng)，在焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動(dòng)性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時(shí)酌情加一定量的硅，能顯著提高率的脫氧性。硅在鋼中本來(lái)就有一定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼時(shí)作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在<0.07%，有意加入時(shí)，則在煉鋼時(shí)加入硅鐵合金。

P（磷）

P是由礦石帶入鋼中的，一般說(shuō)磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱(chēng)"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對(duì)含磷量控制較嚴(yán)。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。

P的固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用很好，與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能，與硫、錳聯(lián)合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。

磷可提高比電阻，且由于容易粗晶而可使矯頑力和渦流損失降低，于磁感而言，則在弱中磁場(chǎng)下磷含量高的鋼磁感會(huì)提高，含P硅鋼的熱加工也并不困難，但由于它會(huì)使硅鋼具冷脆性，含量≯0.15%（如冷軋電機(jī)用硅鋼含P=0.07～0.10%）。

磷是強(qiáng)化鐵素體作用最強(qiáng)的元素。（P對(duì)硅鋼再結(jié)晶溫度和晶粒長(zhǎng)大的影響將超過(guò)同等硅含量作用的4～5倍。）

S（硫）

硫來(lái)源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，FeS和Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于FeS化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“熱脆”。降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)�焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%；優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。

由于其切屑發(fā)脆而可得到非常光澤的表面，所以可用于制要求負(fù)荷不大而具高表面光潔度的鋼制件（名為快削鋼），（如Cr14）有意加進(jìn)少量的硫（=0.2～0.4%）。 某些高速鋼工具鋼進(jìn)行硫化表面。

K/Na（鉀/鈉）

鉀/鈉可作為變質(zhì)劑使白口鐵中碳化物團(tuán)球化，使白口鐵（以及萊氏體鋼）)在保持原有硬度的條件下, 韌性提高二倍以上；使球墨鑄鐵的組織細(xì)化、蠕鐵的處理過(guò)程穩(wěn)定化；是強(qiáng)烈的促進(jìn)奧氏體化的元素，例如，它可使奧氏體錳鋼的錳/碳比從10:1~13:1降至4:1~5:1。

Ca（鈣）

鋼中加鈣能細(xì)化晶粒，部分脫硫，并改變非金屬夾雜物的成分、數(shù)量和形態(tài)。與鋼中加稀土的作用基本相似。

改善鋼的耐蝕性、耐磨性、耐高溫和低溫性能；提高了鋼的沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、塑性和焊接性能；增加了鋼的冷鐓性、防震性、硬度和接觸持久強(qiáng)度。

鑄鋼中加鈣使鋼水流動(dòng)性大為提高；鑄件表面光潔度得到改善, 鑄件中組織的各向異性得以消除；其鑄造性能、抗熱裂性能、機(jī)械性能和切削加工性能均有不同程度的增加。

鋼中加鈣能改善抗氫致裂紋性能和抗層狀撕裂性能，可延長(zhǎng)設(shè)備、工具的使用

壽命。鈣加入母合金中可用作脫氧劑和孕育劑，并起微合金化作用。

Ti（鈦）

鈦和氮、氧、碳都有極強(qiáng)的親和力，與硫的親和力比鐵強(qiáng)，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素。鈦雖然是強(qiáng)碳化物形成元素，但不和其他元素聯(lián)合形成復(fù)合化合物。碳化鈦結(jié)合力強(qiáng)，穩(wěn)定，不易分解，在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。

在未溶入之前，碳化鈦微粒有阻止晶粒長(zhǎng)大的作用。由于鈦和碳之間的親和力遠(yuǎn)大于鉻和碳之間的親和力，在不銹鋼中常用鈦來(lái)固定其中的碳以消除鉻在晶界處的貧化，從而消除或減輕鋼的晶間腐蝕。

鈦也是強(qiáng)鐵氧體形成元素之一，強(qiáng)烈的提高了鋼的A1和A3溫度。鈦在普通低合金鋼中能提高塑性和韌性。由于鈦固定了氮和硫并形成碳化鈦，提高了鋼的強(qiáng)度。經(jīng)正火使晶粒細(xì)化，析出形成碳化物可使鋼的塑性和沖擊韌性得到顯著改善，含鈦的合金結(jié)構(gòu)鋼，有良好的力學(xué)性能和工藝性能，主要缺點(diǎn)是淬透性稍差。

在高鉻不銹鋼中通常需加入約5倍碳含量的鈦，不但能提高鋼的抗蝕性（主要是抗晶間腐蝕）和韌性；還能組織鋼在高溫時(shí)的晶粒長(zhǎng)大傾向和改善鋼的焊接性能。

V（釩）

釩和碳、氨、氧有極強(qiáng)的親和力，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細(xì)化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強(qiáng)度和韌性。當(dāng)在高溫溶入固溶體時(shí)，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時(shí)，降低淬透性。釩增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。鋼中的含釩量，除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%。

釩在普通低碳合金鋼中能細(xì)化晶粒，提高正火后的強(qiáng)度和屈服比及低溫特性，改善鋼的焊接性能。

釩在合金結(jié)構(gòu)鋼中由于在一般熱處理?xiàng)l件下會(huì)降低淬透性，故在結(jié)構(gòu)鋼中常和錳、鉻、鉬以及鎢等元素聯(lián)合使用。釩在調(diào)質(zhì)鋼中主要是提高鋼的強(qiáng)度和屈服比，細(xì)化晶粒，撿的過(guò)熱敏感性。在滲碳鋼中因能細(xì)化晶粒，可使鋼在滲碳后直接淬火，不需二次淬火。

釩在彈簧鋼和軸承鋼中能提高強(qiáng)度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限，降低熱處理時(shí)脫碳敏感性，從而提高了表面質(zhì)量。五鉻含釩的軸承鋼，碳化彌散度高，使用性能良好。

釩在工具鋼中細(xì)化晶粒，降低過(guò)熱敏感性，增加回火穩(wěn)定性和耐磨性，從而延長(zhǎng)了工具的使用壽命。

Cr（鉻）

鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過(guò)12%時(shí)，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強(qiáng)性。鉻為不銹鋼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(qiáng)度和硬度，降低伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。當(dāng)鉻含量超過(guò)15%時(shí)，強(qiáng)度和硬度將下降，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率則相應(yīng)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)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(xué)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(shí)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(qiáng)度。

Mn（錳）

Mn能提高鋼材強(qiáng)度：由于Mn價(jià)格相對(duì)便宜，且能與Fe無(wú)限固溶，在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)塑性的影響相對(duì)較小。因此，錳被廣泛用于鋼中的強(qiáng)化元素。可以說(shuō)，基本上所有碳鋼中，都含有Mn。我們常見(jiàn)的沖壓軟鋼，雙相鋼(DP鋼)，相變誘導(dǎo)塑性鋼(TR鋼)，馬氏體鋼(MS鋼)，都含有錳元素。一般，軟鋼中的Mn含量不會(huì)超過(guò)0.5%；高強(qiáng)鋼中的Mn含量會(huì)隨著強(qiáng)度級(jí)別的升高而升高，例如馬氏體鋼，錳含量可高達(dá)3%。

Mn提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能：比較典型的例子是40Mn和40號(hào)鋼。

Mn能消除S（硫）的影響：Mn在鋼鐵冶煉中可與S形成高熔點(diǎn)的MnS，進(jìn)而消弱和消除S的不良影響。

但是，Mn的含量也是一把雙刃劍。Mn含量并不是越高越好。錳含量的增高，會(huì)降低鋼的塑性以及焊接性能。

Co（鈷）

鈷多用于特殊的鋼和合金中，含鈷的高速鋼有高的高溫硬度，與鉬同時(shí)加入馬氏體時(shí)效鋼中可以獲得超高硬度和良好綜合力學(xué)性能。此外，鈷在熱強(qiáng)鋼和磁性材料中也是重要的合金元素。

鈷降低鋼的淬透性，因此，單獨(dú)加入碳素鋼中會(huì)降低調(diào)質(zhì)后的綜合力學(xué)性能。鈷能強(qiáng)化鐵素體，加入碳素鋼中，在退火或正火狀態(tài)下能提高鋼的硬度、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，對(duì)伸長(zhǎng)率和斷面收縮率有不利的影響，沖擊韌性也隨著鈷含量的增加而降低。由于鈷具有抗氧化性能，在耐熱鋼和耐熱合金中得到應(yīng)用。鈷基合金燃?xì)鉁u輪中更顯示了它特有的作用。

Ni（鎳）

鎳的有益作用是：高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。

一方面既強(qiáng)烈提高鋼的強(qiáng)度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低。（當(dāng)鎳＜0.3%時(shí)，其變脆溫度即達(dá)‐100℃以下，當(dāng)Ni量增高時(shí)，約4～5%，其變脆溫度競(jìng)可降至‐180℃。所以能同時(shí)提高淬火結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性。含Ni=3.5%，無(wú)Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>M體。

Ni的晶格常數(shù)與γ‐鐵相近，所以可成連續(xù)固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點(diǎn)并增加奧氏體的穩(wěn)定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重件都用加Ni鋼。當(dāng)它同Cr、W或Cr、Mo結(jié)合的時(shí)候，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性，工作在冷熱反復(fù)。σ、αk高）

在不銹鋼中用Ni，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性。有Ni鋼一般不易過(guò)熱，所以它可阻止高溫時(shí)晶粒的增長(zhǎng)，仍可保持細(xì)晶粒組織。

Cu（銅）

銅在鋼中的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能，特別是和磷配合使用時(shí)，加入銅還能提高鋼的強(qiáng)度和屈服比，而對(duì)焊接性能沒(méi)有不利的影響。含銅0.20%～0.50%的鋼軌鋼（U-Cu），除耐磨外其耐腐蝕壽命為一般碳素鋼軌的2-5倍。

銅含量超過(guò)0.75%時(shí)，經(jīng)固溶處理和時(shí)效后，可產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。含量低時(shí)，其作用與鎳相似，但較弱。含量較高時(shí)，對(duì)熱變形加工不利，在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致銅脆現(xiàn)象。2%～3%銅在奧氏體不銹鋼中可以對(duì)硫酸、磷酸及鹽酸等抗腐蝕性能及對(duì)應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性。

Ga（鎵）

鎵在鋼中是封閉γ區(qū)的元素。微量鎵易固溶于鐵素體中，形成代位式固溶體。它不是碳化物形成元素，同時(shí)也不形成氧化物、氮化物、硫化物。在γ+a兩相區(qū)時(shí)，微量鎵易于從奧氏體向鐵素體擴(kuò)散，它在鐵素體中濃度高。微量鎵對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響主要是固溶強(qiáng)化。鎵對(duì)鋼的耐腐蝕性有很小的改善作用。

As（砷）

礦石中的砷在燒結(jié)過(guò)程中只能除去一部分,也可以用氯化焙燒方法去除，砷在高爐冶煉過(guò)程中全部還原進(jìn)入生鐵中，鋼中含砷大于0.1%以上時(shí)，使鋼增加脆性并使焊接性能變壞。應(yīng)控制礦石中砷含量，要求礦石中含砷量不應(yīng)超過(guò)0.07%。

砷有提高低碳圓鋼屈服點(diǎn)σs、抗拉強(qiáng)度σb 和降低延伸率δ5的傾向，降低普碳圓鋼常溫沖擊韌性Akv的作用較明顯。

Se（硒）

硒可以改善碳素鋼、不銹鋼和銅的切削加工性能，零件表面光潔。

高磁感取向硅鋼中常以MnSe2作抑制劑，MnSe2有益夾雜要比 MnS 有益夾雜對(duì)初次再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的抑制作用更強(qiáng)、更有利于促進(jìn)二次再結(jié)晶晶粒擇優(yōu)長(zhǎng)大，從而可獲得高取向（110）[001]織構(gòu)。

Zr（鋯）

鋯是強(qiáng)碳化物形成元素，它在鋼中的作用與鈮、鉭、釩相似。加入少量鋯有脫氣、凈化和細(xì)化晶粒作用，有利于鋼的低溫性能，改善沖壓性能，它常用于制造燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和彈道導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)使用的超高強(qiáng)度鋼和鎳基高溫合金中。

Nb（鈮）

鈮常和鉭共生，它們?cè)阡撝械淖饔孟嘟�。鈮和鉭部分溶入固溶體，起固溶強(qiáng)化作用。溶入奧氏體時(shí)顯著提高鋼的淬透性。但以碳化物和氧化物微粒形式存在時(shí)，細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。它能增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高鋼的強(qiáng)度。由于有細(xì)化晶粒的作用，能提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)含量大于碳的8倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有良好的抗氫性能。在奧氏體鋼中可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。由于固定碳和沉淀硬化作用，能提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能，如蠕變強(qiáng)度等。

鈮在建筑用普通低合金鋼中能提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度有益焊接性能。在滲碳及調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼中在增加淬透性的同時(shí)。提高鋼的韌性和低溫性能。能降低低碳馬氏體耐熱不銹鋼的空氣硬化性，避免硬化回火脆性，提高蠕變強(qiáng)度。

Mo（鉬）

鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)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(yīng)力，提高塑性。

在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外，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，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對(duì)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(duì)變形。開(kāi)裂和磨損等的抗力。

在不銹耐酸鋼中，鉬能進(jìn)一步提高對(duì)有機(jī)酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過(guò)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，防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。

Sn（錫）

錫一直作為鋼中的有害雜質(zhì)元素，它影響鋼材質(zhì)量，尤其是連鑄坯質(zhì)量，使鋼產(chǎn)生熱脆性、回火脆性，產(chǎn)生裂紋和斷裂，影響鋼的焊接性能，是鋼鐵“五害”之一。然而錫在電工鋼、鑄鐵、易切削鋼中卻有很重要的作用。

硅鋼晶粒的尺寸大小與錫的偏析有關(guān)，錫的偏析阻礙了晶粒的長(zhǎng)大。錫含量越高，晶粒析出量越大，有效阻礙晶粒的長(zhǎng)大。錫含量越高，晶粒析出量越大，阻礙晶粒長(zhǎng)大能力越強(qiáng)，晶粒越小，鐵損越少。錫可以改變硅鋼的磁性，提高取向硅鋼成品中的有利織構(gòu){100}強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯增加。

當(dāng)鑄鐵中含有少量錫時(shí)，即能改善其耐磨性，又可影響鐵水的流動(dòng)性。珠光體球磨鑄鐵具有高強(qiáng)度、高耐磨性，為了得到鑄態(tài)珠光體，熔煉時(shí)在合金液中加入錫。由于錫是阻礙石墨球化的元素，所以要控制加入量。一般控制在≤0.1%。

易切削鋼可分為硫系、鈣系、鉛系及復(fù)合易切削鋼。錫有著往夾雜物和缺陷附近偏聚的明顯傾向。錫并不能改變鋼中硫化物夾雜的形狀，而是通過(guò)晶界和相界的偏析來(lái)提高脆性，改善鋼材易切削性能，錫含量>0.05%時(shí)，鋼材有很好的切削性。

Sb（銻）

高磁感取向硅鋼中加Sb后，初次再結(jié)晶及二次再結(jié)晶晶粒尺寸細(xì)化，二次再結(jié)晶組織更為完善，磁性改善。含Sb鋼在冷軋及脫碳退火后，,在其織構(gòu)組分中,有利于發(fā)展二次再結(jié)晶的組分{110}〈115〉或{110}〈001〉增強(qiáng)，二次晶校數(shù)量增多。

含Sb建筑焊接鋼中，奧氏體溫度下，鋼中的Sb在Mn S夾雜物處以及沿原奧氏體晶界處析出，增加在Mn S夾雜物上富集析出，可使鋼的組織得到細(xì)化并提高韌性。

W（鎢）

鎢在鋼中除形成碳化物外，部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，一般效果不如鉬顯著。鎢在鋼中主要樣圖是增加回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強(qiáng)性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。因此它的主要用于工具鋼，如高速鋼、熱鍛模具用鋼等。

鎢在優(yōu)質(zhì)彈簧鋼中形成難熔碳化物，在較高溫度回火時(shí)，能緩解碳化物的聚集過(guò)程，保持較高的高溫強(qiáng)度。鎢還可以降低鋼的過(guò)熱敏感性、增加淬透性和提高硬度。65SiMnWA彈簧鋼熱軋后空冷就具有很高的硬度，50mm2截面的彈簧鋼在油中即能淬透，可作承受大負(fù)荷、耐熱（不大于350℃）、受沖擊的重要彈簧。30W4Cr2VA高強(qiáng)度耐熱優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，具有大的淬透性，1050～1100℃淬火，550～650℃回火后抗拉強(qiáng)度達(dá)1470～1666Pa。它主要用于制造在高溫（不大于500℃）條件下使用的彈簧。

由于鎢的加入，能顯著提高鋼的耐磨性和切削性，所以，鎢是合金工具鋼的主要元素。

Pb（鉛）

鉛可以改善切削加工性。鉛系易切削鋼有良好的力學(xué)性能和熱處理性。由于污染環(huán)境以及在廢鋼回收熔煉過(guò)程中的有害作用，鉛有被逐漸替代的趨勢(shì)。

鉛與鐵難以形成固溶體或化合物，易以球狀偏聚于晶界，是鋼在200～480℃產(chǎn)生脆性及焊縫產(chǎn)生裂紋的根源之一。

Bi（鉍）

在易切削鋼中加入0.1~0.4的鉍，可改善鋼的切削性能。當(dāng)鉍均勻分散在鋼中時(shí)，微粒鉍與切削工具接觸后熔化，起潤(rùn)滑劑作用，并且使切削斷裂，避免過(guò)熱，從而可提高切削轉(zhuǎn)速。最近已大量在不銹鋼中添加鉍，以改善不銹鋼的切削性能。

Bi在易切削鋼中以3種形態(tài)存在：?jiǎn)为?dú)存在于鋼基體中、被硫化物包裹和介于鋼基體與硫化物之間。S-Bi易切削鋼鑄錠中，MnS夾雜物的變形率隨Bi含量增加而降低。鋼中Bi金屬在鋼錠鍛造過(guò)程中可起到抑制硫化物變形的作用。

在鑄鐵中加入0.002-0.005%的鉍，可改善可鍛鑄鐵的鑄造性能，增加白口傾向和縮短退火時(shí)間，零件的延伸性能變優(yōu)。在球墨鑄鐵中加入0.005%的鉍可改善其抗震性和抗拉伸性。在鋼鐵中添加鉍存在一定難度，因?yàn)樵?/span>1500℃時(shí)鉍已大量揮發(fā)，難以均勻地將鉍滲到鋼鐵中去。目前國(guó)外用熔點(diǎn)1050℃的Bi- Mn合盤(pán)代替鉍作添加劑，但鉍的利用率仍?xún)H有20%左右。

新日鐵、浦項(xiàng)制鐵、川崎制鐵等企業(yè)先后提出加Bi可明顯提高取向硅鋼B8值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新日鐵、JFE加Bi生產(chǎn)高磁感取向硅鋼的發(fā)明總數(shù)已超過(guò)百項(xiàng)，加Bi后，磁感達(dá)到1.90T以上，最高時(shí)達(dá)到1.99T。

Re

稀土

一般所說(shuō)的稀土元素，是指元素周期表中原子序數(shù)從57號(hào)至71號(hào)的鑭系元素（鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥）加上21號(hào)鈧和39號(hào)釔，共17個(gè)元素。他們的性質(zhì)接近，不易分離。未分離的叫混合稀土，比較便宜，稀土在鋼中可以脫氧，脫硫，微合金化也能改變稀土夾雜物的變形能力。尤其是在一定程度上對(duì)脆性的Al2O3起變性作用，可改善大部分鋼種的疲勞性能。

稀土元素像Ca、Ti、Zr、Mg、Be一樣，它是硫化物最有效的變形劑。在鋼中加入適量的RE能使氧化物和硫化物夾雜物變成細(xì)小分散的球狀?yuàn)A雜物從而消除MnS等夾雜的危害性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，硫在鋼中以FeS、MnS形式存在，當(dāng)鋼中Mn高時(shí)，MnS的形成傾向就高。雖然其熔點(diǎn)較高能避免熱脆的產(chǎn)生，但MnS在加工變形時(shí)能沿著加工方向延伸成帶狀，鋼的塑性，韌性，及疲勞強(qiáng)度顯著降低，因此鋼中加入RE進(jìn)行變形處理比較必須的。

稀土元素也可以提高鋼的抗氧化性和抗腐蝕性。抗氧化性的效果超過(guò)硅、鋁、鈦等元素。它能改善鋼的流動(dòng)性，減少非金屬夾雜，使鋼組織致密、純凈。

稀土在鋼中的作用主要有凈化，變質(zhì)和合金化。隨著氧硫含量逐漸控制，傳統(tǒng)的凈化鋼水和變質(zhì)作用日益減弱，代之而起的更完善的潔凈化技術(shù)和合金化作用。

稀土元素在鐵鉻鋁合金中增加合金的抗氧能力，在高溫下保持鋼的細(xì)晶粒，提高高溫強(qiáng)度，因而使電熱合金的壽命得到顯著提高。

元素

對(duì)鋼鐵性能的影響

H（氫）

H是一般鋼中最有害的元素，鋼中溶有氫會(huì)引起鋼的氫脆、白點(diǎn)等缺陷。氫與氧、氮一樣，在固態(tài)鋼中溶解度極小，在高溫時(shí)溶入鋼液，冷卻時(shí)來(lái)不及逸出而積聚在組織中形成高壓細(xì)微氣孔，使鋼的塑性、韌度和疲勞強(qiáng)度急劇降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋、脆斷。“氫脆”主要出現(xiàn)在馬氏體鋼中，在鐵氧體鋼中不十分突出，一般與硬度和含碳量一起增加。

另一方面，H能提高鋼的磁導(dǎo)率，但也會(huì)使矯頑力和鐵損增加（加H后矯頑力可增大0.5～2倍）。

B（硼）

B在鋼中的主要作用是增加鋼的淬透性，從而節(jié)約其他較稀貴的金屬，與鎳、鉻、鉬等。為了這一目的，其含量一般規(guī)定在0.001%～0.005%范圍內(nèi)。它可以代替1.6%的鎳、0.3%的鉻或0.2%的鉬，以硼代鉬應(yīng)注意，因鉬能防止或降低回火脆性，而硼卻略有促進(jìn)回火脆性的傾向，所以不能用硼將鉬完全代替。

中碳碳素鋼中加硼，由于提高了淬透性，可使厚20mm以上的鋼材調(diào)質(zhì)后性能大為改善，因此，可用40B和40MnB鋼代替40Cr，可用20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼。但由于硼的作用隨鋼中碳的含量的增加而減弱，甚至消失，在選用含硼滲碳鋼時(shí)，必須考慮到零件滲碳后，滲碳層的淬透性將低于芯部的淬透性的這一特點(diǎn)。

彈簧鋼一般要求完全淬透，通常彈簧面積不大，采用含硼鋼有利。對(duì)高硅彈簧鋼硼的作用波動(dòng)較大，不便采用。

硼和氮及氧有強(qiáng)的親和力，沸騰鋼中加入0.007%的硼，可以消除鋼的時(shí)效現(xiàn)象。

C（碳）

C是僅次于鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能等。  

當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性和韌性降低；但當(dāng)含碳量在1.0%以上時(shí)，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度反而下降。

隨著含碳量的增加，鋼材的焊接性能變差（含碳量大于0.3%的鋼材，可焊性顯著下降），冷脆性和時(shí)效敏感性增大，耐大氣銹蝕性下降。

N（氮）

N對(duì)鋼材性能的影響與碳、磷相似，隨著氮含量的增加，可使鋼材的強(qiáng)度顯著提高，塑性特別是韌性也顯著降低，可焊性變差，冷脆性加劇；同時(shí)增加時(shí)效傾向及冷脆性和熱脆性，損壞鋼的焊接性能及冷彎性能。因此，應(yīng)該盡量減小和限制鋼中的含氮量。一般規(guī)定氮含量應(yīng)不高于0.018%。

氮在鋁、鈮、釩等元素的配合下可以減少其不利影響，改善鋼材性能，可作為低合金鋼的合金元素使用。有些牌號(hào)的不銹鋼，適當(dāng)增加N的含量，可以減少Cr的使用量，可以有效降低成本。

O（氧）

O在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過(guò)程中自然進(jìn)入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。鋼水凝固期間，溶液中氧和碳反應(yīng)會(huì)生成一氧化碳，可以造成氣泡。氧在鋼中主要以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式存在，使鋼的強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。

氧會(huì)使硅鋼中鐵損增大，磁導(dǎo)率及磁感強(qiáng)度減弱，磁時(shí)效作用加劇。

Mg（鎂）

鎂能使鋼中夾雜物數(shù)量減少、尺寸減小、分布均勻、形態(tài)改善等。微量鎂能改善軸承鋼的碳化物尺寸及分布，含鎂軸承鋼的碳化物顆粒細(xì)小均勻。當(dāng)鎂含量為0.002%～0.003% ,其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加5%以上，塑性基本保持不變。

Al（鋁）

鋁作為脫氧劑或合金化元素加入鋼中，鋁脫氧能力比硅、錳強(qiáng)得多。鋁在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒、固定鋼中的氮，從而顯著提高鋼的沖擊韌性，降低冷脆傾向和時(shí)效傾向性。如D級(jí)碳素結(jié)構(gòu)鋼要求鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%，深沖壓用冷軋薄鋼板08AL要求鋼中酸溶鋁含量為0.015%―0.065%。

鋁還可提高鋼的抗腐蝕性能，特別是與鉬、銅、硅、鉻等元素配合使用時(shí)，效果更好。

鉻鉬鋼和鉻鋼中含Al可增加其耐磨性。高碳工具鋼中Al的存在可使產(chǎn)生淬火脆性。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

Si（硅）

Si是煉鋼過(guò)程中重要的還原劑和脫氧劑：對(duì)于碳鋼中的很多材質(zhì)來(lái)說(shuō)，都含有0.5%以下的Si，這些Si一般是由于煉鋼過(guò)程中作為還原劑和脫氧劑而帶入的。

硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強(qiáng)。但含硅量超過(guò)3%時(shí)，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(qiáng)度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強(qiáng)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(dǎo)率和電導(dǎo)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?xún)A向，使磁化容易，磁阻減小，可用來(lái)生產(chǎn)電工用鋼，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導(dǎo)磁率，使鋼片在較弱磁場(chǎng)下有較高的磁感強(qiáng)度。但在強(qiáng)磁場(chǎng)下硅降低鋼的磁感強(qiáng)度。硅因有強(qiáng)的脫氧力，從而減少了鐵的磁時(shí)效作用。

含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時(shí)，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時(shí)的抗氧化性。

硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長(zhǎng)，降低塑性。硅鋼若加熱時(shí)冷卻較快，由于熱導(dǎo)率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂。

硅能降低鋼的焊接性能。因?yàn)榕c氧的結(jié)合能力硅比鐵強(qiáng)，在焊接時(shí)容易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動(dòng)性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時(shí)酌情加一定量的硅，能顯著提高率的脫氧性。硅在鋼中本來(lái)就有一定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼時(shí)作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在<0.07%，有意加入時(shí)，則在煉鋼時(shí)加入硅鐵合金。

P（磷）

P是由礦石帶入鋼中的，一般說(shuō)磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱(chēng)"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對(duì)含磷量控制較嚴(yán)。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。

P的固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用很好，與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能，與硫、錳聯(lián)合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。

磷可提高比電阻，且由于容易粗晶而可使矯頑力和渦流損失降低，于磁感而言，則在弱中磁場(chǎng)下磷含量高的鋼磁感會(huì)提高，含P硅鋼的熱加工也并不困難，但由于它會(huì)使硅鋼具冷脆性，含量≯0.15%（如冷軋電機(jī)用硅鋼含P=0.07～0.10%）。

磷是強(qiáng)化鐵素體作用最強(qiáng)的元素。（P對(duì)硅鋼再結(jié)晶溫度和晶粒長(zhǎng)大的影響將超過(guò)同等硅含量作用的4～5倍。）

S（硫）

硫來(lái)源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，FeS和Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當(dāng)鋼材熱加工時(shí)，由于FeS化合物的過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“熱脆”。降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)�焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%；優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。

由于其切屑發(fā)脆而可得到非常光澤的表面，所以可用于制要求負(fù)荷不大而具高表面光潔度的鋼制件（名為快削鋼），（如Cr14）有意加進(jìn)少量的硫（=0.2～0.4%）。 某些高速鋼工具鋼進(jìn)行硫化表面。

K/Na（鉀/鈉）

鉀/鈉可作為變質(zhì)劑使白口鐵中碳化物團(tuán)球化，使白口鐵（以及萊氏體鋼）)在保持原有硬度的條件下, 韌性提高二倍以上；使球墨鑄鐵的組織細(xì)化、蠕鐵的處理過(guò)程穩(wěn)定化；是強(qiáng)烈的促進(jìn)奧氏體化的元素，例如，它可使奧氏體錳鋼的錳/碳比從10:1~13:1降至4:1~5:1。

Ca（鈣）

鋼中加鈣能細(xì)化晶粒，部分脫硫，并改變非金屬夾雜物的成分、數(shù)量和形態(tài)。與鋼中加稀土的作用基本相似。

改善鋼的耐蝕性、耐磨性、耐高溫和低溫性能；提高了鋼的沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、塑性和焊接性能；增加了鋼的冷鐓性、防震性、硬度和接觸持久強(qiáng)度。

鑄鋼中加鈣使鋼水流動(dòng)性大為提高；鑄件表面光潔度得到改善, 鑄件中組織的各向異性得以消除；其鑄造性能、抗熱裂性能、機(jī)械性能和切削加工性能均有不同程度的增加。

鋼中加鈣能改善抗氫致裂紋性能和抗層狀撕裂性能，可延長(zhǎng)設(shè)備、工具的使用

壽命。鈣加入母合金中可用作脫氧劑和孕育劑，并起微合金化作用。

Ti（鈦）

鈦和氮、氧、碳都有極強(qiáng)的親和力，與硫的親和力比鐵強(qiáng)，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素。鈦雖然是強(qiáng)碳化物形成元素，但不和其他元素聯(lián)合形成復(fù)合化合物。碳化鈦結(jié)合力強(qiáng)，穩(wěn)定，不易分解，在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。

在未溶入之前，碳化鈦微粒有阻止晶粒長(zhǎng)大的作用。由于鈦和碳之間的親和力遠(yuǎn)大于鉻和碳之間的親和力，在不銹鋼中常用鈦來(lái)固定其中的碳以消除鉻在晶界處的貧化，從而消除或減輕鋼的晶間腐蝕。

鈦也是強(qiáng)鐵氧體形成元素之一，強(qiáng)烈的提高了鋼的A1和A3溫度。鈦在普通低合金鋼中能提高塑性和韌性。由于鈦固定了氮和硫并形成碳化鈦，提高了鋼的強(qiáng)度。經(jīng)正火使晶粒細(xì)化，析出形成碳化物可使鋼的塑性和沖擊韌性得到顯著改善，含鈦的合金結(jié)構(gòu)鋼，有良好的力學(xué)性能和工藝性能，主要缺點(diǎn)是淬透性稍差。

在高鉻不銹鋼中通常需加入約5倍碳含量的鈦，不但能提高鋼的抗蝕性（主要是抗晶間腐蝕）和韌性；還能組織鋼在高溫時(shí)的晶粒長(zhǎng)大傾向和改善鋼的焊接性能。

V（釩）

釩和碳、氨、氧有極強(qiáng)的親和力，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細(xì)化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強(qiáng)度和韌性。當(dāng)在高溫溶入固溶體時(shí)，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時(shí)，降低淬透性。釩增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。鋼中的含釩量，除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%。

釩在普通低碳合金鋼中能細(xì)化晶粒，提高正火后的強(qiáng)度和屈服比及低溫特性，改善鋼的焊接性能。

釩在合金結(jié)構(gòu)鋼中由于在一般熱處理?xiàng)l件下會(huì)降低淬透性，故在結(jié)構(gòu)鋼中常和錳、鉻、鉬以及鎢等元素聯(lián)合使用。釩在調(diào)質(zhì)鋼中主要是提高鋼的強(qiáng)度和屈服比，細(xì)化晶粒，撿的過(guò)熱敏感性。在滲碳鋼中因能細(xì)化晶粒，可使鋼在滲碳后直接淬火，不需二次淬火。

釩在彈簧鋼和軸承鋼中能提高強(qiáng)度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限，降低熱處理時(shí)脫碳敏感性，從而提高了表面質(zhì)量。五鉻含釩的軸承鋼，碳化彌散度高，使用性能良好。

釩在工具鋼中細(xì)化晶粒，降低過(guò)熱敏感性，增加回火穩(wěn)定性和耐磨性，從而延長(zhǎng)了工具的使用壽命。

Cr（鉻）

鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過(guò)12%時(shí)，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強(qiáng)性。鉻為不銹鋼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(qiáng)度和硬度，降低伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。當(dāng)鉻含量超過(guò)15%時(shí)，強(qiáng)度和硬度將下降，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率則相應(yīng)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)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(xué)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(shí)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(qiáng)度。

Mn（錳）

Mn能提高鋼材強(qiáng)度：由于Mn價(jià)格相對(duì)便宜，且能與Fe無(wú)限固溶，在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)塑性的影響相對(duì)較小。因此，錳被廣泛用于鋼中的強(qiáng)化元素。可以說(shuō)，基本上所有碳鋼中，都含有Mn。我們常見(jiàn)的沖壓軟鋼，雙相鋼(DP鋼)，相變誘導(dǎo)塑性鋼(TR鋼)，馬氏體鋼(MS鋼)，都含有錳元素。一般，軟鋼中的Mn含量不會(huì)超過(guò)0.5%；高強(qiáng)鋼中的Mn含量會(huì)隨著強(qiáng)度級(jí)別的升高而升高，例如馬氏體鋼，錳含量可高達(dá)3%。

Mn提高鋼的淬透性，改善鋼的熱加工性能：比較典型的例子是40Mn和40號(hào)鋼。

Mn能消除S（硫）的影響：Mn在鋼鐵冶煉中可與S形成高熔點(diǎn)的MnS，進(jìn)而消弱和消除S的不良影響。

但是，Mn的含量也是一把雙刃劍。Mn含量并不是越高越好。錳含量的增高，會(huì)降低鋼的塑性以及焊接性能。

Co（鈷）

鈷多用于特殊的鋼和合金中，含鈷的高速鋼有高的高溫硬度，與鉬同時(shí)加入馬氏體時(shí)效鋼中可以獲得超高硬度和良好綜合力學(xué)性能。此外，鈷在熱強(qiáng)鋼和磁性材料中也是重要的合金元素。

鈷降低鋼的淬透性，因此，單獨(dú)加入碳素鋼中會(huì)降低調(diào)質(zhì)后的綜合力學(xué)性能。鈷能強(qiáng)化鐵素體，加入碳素鋼中，在退火或正火狀態(tài)下能提高鋼的硬度、屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，對(duì)伸長(zhǎng)率和斷面收縮率有不利的影響，沖擊韌性也隨著鈷含量的增加而降低。由于鈷具有抗氧化性能，在耐熱鋼和耐熱合金中得到應(yīng)用。鈷基合金燃?xì)鉁u輪中更顯示了它特有的作用。

Ni（鎳）

鎳的有益作用是：高的強(qiáng)度、高的韌性和良好的淬透性、高電阻、高的耐腐蝕性。

一方面既強(qiáng)烈提高鋼的強(qiáng)度，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低。（當(dāng)鎳＜0.3%時(shí)，其變脆溫度即達(dá)‐100℃以下，當(dāng)Ni量增高時(shí)，約4～5%，其變脆溫度競(jìng)可降至‐180℃。所以能同時(shí)提高淬火結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性。含Ni=3.5%，無(wú)Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>M體。

Ni的晶格常數(shù)與γ‐鐵相近，所以可成連續(xù)固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性，Ni可降低臨界點(diǎn)并增加奧氏體的穩(wěn)定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。一般大斷面的厚重件都用加Ni鋼。當(dāng)它同Cr、W或Cr、Mo結(jié)合的時(shí)候，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性，工作在冷熱反復(fù)。σ、αk高）

在不銹鋼中用Ni，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性。有Ni鋼一般不易過(guò)熱，所以它可阻止高溫時(shí)晶粒的增長(zhǎng)，仍可保持細(xì)晶粒組織。

Cu（銅）

銅在鋼中的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能，特別是和磷配合使用時(shí)，加入銅還能提高鋼的強(qiáng)度和屈服比，而對(duì)焊接性能沒(méi)有不利的影響。含銅0.20%～0.50%的鋼軌鋼（U-Cu），除耐磨外其耐腐蝕壽命為一般碳素鋼軌的2-5倍。

銅含量超過(guò)0.75%時(shí)，經(jīng)固溶處理和時(shí)效后，可產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。含量低時(shí)，其作用與鎳相似，但較弱。含量較高時(shí)，對(duì)熱變形加工不利，在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致銅脆現(xiàn)象。2%～3%銅在奧氏體不銹鋼中可以對(duì)硫酸、磷酸及鹽酸等抗腐蝕性能及對(duì)應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性。

Ga（鎵）

鎵在鋼中是封閉γ區(qū)的元素。微量鎵易固溶于鐵素體中，形成代位式固溶體。它不是碳化物形成元素，同時(shí)也不形成氧化物、氮化物、硫化物。在γ+a兩相區(qū)時(shí)，微量鎵易于從奧氏體向鐵素體擴(kuò)散，它在鐵素體中濃度高。微量鎵對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響主要是固溶強(qiáng)化。鎵對(duì)鋼的耐腐蝕性有很小的改善作用。

As（砷）

礦石中的砷在燒結(jié)過(guò)程中只能除去一部分,也可以用氯化焙燒方法去除，砷在高爐冶煉過(guò)程中全部還原進(jìn)入生鐵中，鋼中含砷大于0.1%以上時(shí)，使鋼增加脆性并使焊接性能變壞。應(yīng)控制礦石中砷含量，要求礦石中含砷量不應(yīng)超過(guò)0.07%。

砷有提高低碳圓鋼屈服點(diǎn)σs、抗拉強(qiáng)度σb 和降低延伸率δ5的傾向，降低普碳圓鋼常溫沖擊韌性Akv的作用較明顯。

Se（硒）

硒可以改善碳素鋼、不銹鋼和銅的切削加工性能，零件表面光潔。

高磁感取向硅鋼中常以MnSe2作抑制劑，MnSe2有益夾雜要比 MnS 有益夾雜對(duì)初次再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大的抑制作用更強(qiáng)、更有利于促進(jìn)二次再結(jié)晶晶粒擇優(yōu)長(zhǎng)大，從而可獲得高取向（110）[001]織構(gòu)。

Zr（鋯）

鋯是強(qiáng)碳化物形成元素，它在鋼中的作用與鈮、鉭、釩相似。加入少量鋯有脫氣、凈化和細(xì)化晶粒作用，有利于鋼的低溫性能，改善沖壓性能，它常用于制造燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和彈道導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)使用的超高強(qiáng)度鋼和鎳基高溫合金中。

Nb（鈮）

鈮常和鉭共生，它們?cè)阡撝械淖饔孟嘟�。鈮和鉭部分溶入固溶體，起固溶強(qiáng)化作用。溶入奧氏體時(shí)顯著提高鋼的淬透性。但以碳化物和氧化物微粒形式存在時(shí)，細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。它能增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高鋼的強(qiáng)度。由于有細(xì)化晶粒的作用，能提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)含量大于碳的8倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有良好的抗氫性能。在奧氏體鋼中可以防止氧化介質(zhì)對(duì)鋼的晶間腐蝕。由于固定碳和沉淀硬化作用，能提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能，如蠕變強(qiáng)度等。

鈮在建筑用普通低合金鋼中能提高屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度有益焊接性能。在滲碳及調(diào)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼中在增加淬透性的同時(shí)。提高鋼的韌性和低溫性能。能降低低碳馬氏體耐熱不銹鋼的空氣硬化性，避免硬化回火脆性，提高蠕變強(qiáng)度。

Mo（鉬）

鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)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(yīng)力，提高塑性。

在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外，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，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對(duì)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(duì)變形。開(kāi)裂和磨損等的抗力。

在不銹耐酸鋼中，鉬能進(jìn)一步提高對(duì)有機(jī)酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過(guò)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，防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。

Sn（錫）

錫一直作為鋼中的有害雜質(zhì)元素，它影響鋼材質(zhì)量，尤其是連鑄坯質(zhì)量，使鋼產(chǎn)生熱脆性、回火脆性，產(chǎn)生裂紋和斷裂，影響鋼的焊接性能，是鋼鐵“五害”之一。然而錫在電工鋼、鑄鐵、易切削鋼中卻有很重要的作用。

硅鋼晶粒的尺寸大小與錫的偏析有關(guān)，錫的偏析阻礙了晶粒的長(zhǎng)大。錫含量越高，晶粒析出量越大，有效阻礙晶粒的長(zhǎng)大。錫含量越高，晶粒析出量越大，阻礙晶粒長(zhǎng)大能力越強(qiáng)，晶粒越小，鐵損越少。錫可以改變硅鋼的磁性，提高取向硅鋼成品中的有利織構(gòu){100}強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度明顯增加。

當(dāng)鑄鐵中含有少量錫時(shí)，即能改善其耐磨性，又可影響鐵水的流動(dòng)性。珠光體球磨鑄鐵具有高強(qiáng)度、高耐磨性，為了得到鑄態(tài)珠光體，熔煉時(shí)在合金液中加入錫。由于錫是阻礙石墨球化的元素，所以要控制加入量。一般控制在≤0.1%。

易切削鋼可分為硫系、鈣系、鉛系及復(fù)合易切削鋼。錫有著往夾雜物和缺陷附近偏聚的明顯傾向。錫并不能改變鋼中硫化物夾雜的形狀，而是通過(guò)晶界和相界的偏析來(lái)提高脆性，改善鋼材易切削性能，錫含量>0.05%時(shí)，鋼材有很好的切削性。

Sb（銻）

高磁感取向硅鋼中加Sb后，初次再結(jié)晶及二次再結(jié)晶晶粒尺寸細(xì)化，二次再結(jié)晶組織更為完善，磁性改善。含Sb鋼在冷軋及脫碳退火后，,在其織構(gòu)組分中,有利于發(fā)展二次再結(jié)晶的組分{110}〈115〉或{110}〈001〉增強(qiáng)，二次晶校數(shù)量增多。

含Sb建筑焊接鋼中，奧氏體溫度下，鋼中的Sb在Mn S夾雜物處以及沿原奧氏體晶界處析出，增加在Mn S夾雜物上富集析出，可使鋼的組織得到細(xì)化并提高韌性。

W（鎢）

鎢在鋼中除形成碳化物外，部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，一般效果不如鉬顯著。鎢在鋼中主要樣圖是增加回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強(qiáng)性以及由于形成碳化物而增加的耐磨性。因此它的主要用于工具鋼，如高速鋼、熱鍛模具用鋼等。

鎢在優(yōu)質(zhì)彈簧鋼中形成難熔碳化物，在較高溫度回火時(shí)，能緩解碳化物的聚集過(guò)程，保持較高的高溫強(qiáng)度。鎢還可以降低鋼的過(guò)熱敏感性、增加淬透性和提高硬度。65SiMnWA彈簧鋼熱軋后空冷就具有很高的硬度，50mm2截面的彈簧鋼在油中即能淬透，可作承受大負(fù)荷、耐熱（不大于350℃）、受沖擊的重要彈簧。30W4Cr2VA高強(qiáng)度耐熱優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，具有大的淬透性，1050～1100℃淬火，550～650℃回火后抗拉強(qiáng)度達(dá)1470～1666Pa。它主要用于制造在高溫（不大于500℃）條件下使用的彈簧。

由于鎢的加入，能顯著提高鋼的耐磨性和切削性，所以，鎢是合金工具鋼的主要元素。

Pb（鉛）

鉛可以改善切削加工性。鉛系易切削鋼有良好的力學(xué)性能和熱處理性。由于污染環(huán)境以及在廢鋼回收熔煉過(guò)程中的有害作用，鉛有被逐漸替代的趨勢(shì)。

鉛與鐵難以形成固溶體或化合物，易以球狀偏聚于晶界，是鋼在200～480℃產(chǎn)生脆性及焊縫產(chǎn)生裂紋的根源之一。

Bi（鉍）

在易切削鋼中加入0.1~0.4的鉍，可改善鋼的切削性能。當(dāng)鉍均勻分散在鋼中時(shí)，微粒鉍與切削工具接觸后熔化，起潤(rùn)滑劑作用，并且使切削斷裂，避免過(guò)熱，從而可提高切削轉(zhuǎn)速。最近已大量在不銹鋼中添加鉍，以改善不銹鋼的切削性能。

Bi在易切削鋼中以3種形態(tài)存在：?jiǎn)为?dú)存在于鋼基體中、被硫化物包裹和介于鋼基體與硫化物之間。S-Bi易切削鋼鑄錠中，MnS夾雜物的變形率隨Bi含量增加而降低。鋼中Bi金屬在鋼錠鍛造過(guò)程中可起到抑制硫化物變形的作用。

在鑄鐵中加入0.002-0.005%的鉍，可改善可鍛鑄鐵的鑄造性能，增加白口傾向和縮短退火時(shí)間，零件的延伸性能變優(yōu)。在球墨鑄鐵中加入0.005%的鉍可改善其抗震性和抗拉伸性。在鋼鐵中添加鉍存在一定難度，因?yàn)樵?/span>1500℃時(shí)鉍已大量揮發(fā)，難以均勻地將鉍滲到鋼鐵中去。目前國(guó)外用熔點(diǎn)1050℃的Bi- Mn合盤(pán)代替鉍作添加劑，但鉍的利用率仍?xún)H有20%左右。

新日鐵、浦項(xiàng)制鐵、川崎制鐵等企業(yè)先后提出加Bi可明顯提高取向硅鋼B8值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新日鐵、JFE加Bi生產(chǎn)高磁感取向硅鋼的發(fā)明總數(shù)已超過(guò)百項(xiàng)，加Bi后，磁感達(dá)到1.90T以上，最高時(shí)達(dá)到1.99T。

Re

稀土

一般所說(shuō)的稀土元素，是指元素周期表中原子序數(shù)從57號(hào)至71號(hào)的鑭系元素（鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥）加上21號(hào)鈧和39號(hào)釔，共17個(gè)元素。他們的性質(zhì)接近，不易分離。未分離的叫混合稀土，比較便宜，稀土在鋼中可以脫氧，脫硫，微合金化也能改變稀土夾雜物的變形能力。尤其是在一定程度上對(duì)脆性的Al2O3起變性作用，可改善大部分鋼種的疲勞性能。

稀土元素像Ca、Ti、Zr、Mg、Be一樣，它是硫化物最有效的變形劑。在鋼中加入適量的RE能使氧化物和硫化物夾雜物變成細(xì)小分散的球狀?yuàn)A雜物從而消除MnS等夾雜的危害性。在生產(chǎn)實(shí)踐中，硫在鋼中以FeS、MnS形式存在，當(dāng)鋼中Mn高時(shí)，MnS的形成傾向就高。雖然其熔點(diǎn)較高能避免熱脆的產(chǎn)生，但MnS在加工變形時(shí)能沿著加工方向延伸成帶狀，鋼的塑性，韌性，及疲勞強(qiáng)度顯著降低，因此鋼中加入RE進(jìn)行變形處理比較必須的。

稀土元素也可以提高鋼的抗氧化性和抗腐蝕性。抗氧化性的效果超過(guò)硅、鋁、鈦等元素。它能改善鋼的流動(dòng)性，減少非金屬夾雜，使鋼組織致密、純凈。

稀土在鋼中的作用主要有凈化，變質(zhì)和合金化。隨著氧硫含量逐漸控制，傳統(tǒng)的凈化鋼水和變質(zhì)作用日益減弱，代之而起的更完善的潔凈化技術(shù)和合金化作用。

稀土元素在鐵鉻鋁合金中增加合金的抗氧能力，在高溫下保持鋼的細(xì)晶粒，提高高溫強(qiáng)度，因而使電熱合金的壽命得到顯著提高。