合金元素对钢的组织与性能的影响

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)作为钢中的合金元素,其质量分数一般不低于0.4%，以固溶体形态存在于铁素体或奥氏体中,缩小奥氏体相区;

　　2)提高退火、正火和淬火温度，在亚共析钢中提高淬透性;

　　3)硅不能形成碳化物，有强烈的促进碳的石墨化作用，在硅含量较高的中碳和高碳钢中，如不含有强碳化物形成元素，易在一定温度条件下发生石墨化;

　　4)在渗碳钢中，硅减小渗碳层厚度和碳的浓度;

　　5)硅对钢液有良好脱氧作用。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)提高铁素体和奥氏体的硬度和强度其作用较Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等更强;显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比，并提高疲劳强度和疲劳比;

　　2)硅的质量分数超过3%时显著降低钢的塑性和韧性;硅提高韧脆转变温度;

　　3)硅易使钢中形成带状组织，使横向性能低于纵向性能;

　　4)改善钢的耐磨性能。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)降低钢的密度、热导率、电导率和电阻温度系数;

　　2)硅钢片的涡流损耗量显著低于纯铁，矫顽力、磁阻和磁滞损耗较低，磁导率和磁感强度较高。但在强磁场中，硅降低磁感强度;

　　3)提高高温时钢的抗氧化性能，但硅含量高时，表面脱碳加剧;

　　5)硅降低钢的焊接性;

　　在钢中的作用

　　1)在普通低合金钢中提高强度，改善局部耐蚀性，在调质钢中提高淬透性和耐回火性，是多元合金结构钢中的主要合金元素之一;

　　2)硅的质量分数为0.5%~2.8%的SiMn或SiMnB钢广泛用于高载荷弹簧材料，同时加入W、V、Mo、Nb、Cr等强碳化物形成元素;

　　3)硅钢片为硅的质量分数为1.0%~4.5%的低碳和超低碳钢，用于电机和变压器;

　　4)在不锈钢和耐蚀钢中，与Mo、W、Cr、Al、Ti、N等配合，提高耐蚀性和抗高温氧化能力;

　　5)硅含量较高的石墨钢用于冷作模具钢。

　　Mn

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰;

　　2)锰股溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，(α和γ)区下移，当锰的质量分数超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度时，使共析体中的碳含量减少;

　　3)锰剧烈降低钢的Ar1和马氏体转变温度(其作用仅次于碳)和钢中相变的速率，提高钢的淬透性，增加残留奥氏体含量

　　4)使钢的调质组织均匀、细化，变了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了高的过热敏感性和回火脆性倾向;

　　5)锰是弱碳化物形成元素。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳、磷、硅，在增加强度的同时，对延展性无影响;

　　2)锰可细化珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所降低;

　　3)通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能;

　　4)在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)随锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线膨胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大内应力，工件开裂清晰增大;

　　2)使钢额电导率急剧下降，电阻率相应增大，电阻温度系数下降;

　　3)使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而锰对永磁合金有利，对软磁合金有害;

　　4)锰含量很高时，钢的抗氧化性能降低;

　　5)使钢中的硫形成较高熔点的MnS，避免了境界上的FeS薄膜，消除钢的热脆性，改善热加工性能;

　　6)高锰奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭柱状结晶明显，锻轧时较易开裂;

　　7)由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在适当范围内降低碳含量。

　　在钢中的作用

　　1)易切削钢中常有适量的锰和磷，MnS夹杂物使切屑易于脆断;

　　2)普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度，锰的质量分数一般为1%~2%;

　　3)渗碳和调质合金结构钢额许多系列中含量质量分数不超过2%的锰;

　　4)弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用锰强烈提高淬透性的作用，可采用油淬和空冷的淬火工艺，减少开裂、扭曲和变形;

　　5)耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢，包括高碳高锰耐磨铸钢(锰的质量分数10%~14%)，中碳高锰无磁钢(锰的质量分数为18%~19%)，高锰耐热钢(以Mn代替Ni的耐热钢，或含有Al、Mo、V等)。

　　Ni

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)镍和铁能无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，即升高A4点，降低A3点，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素;

　　2)镍和碳不形成碳化物;

　　3)降低临界转变温度，降低钢中各元素的扩散速率，提高淬透性;

　　4)降低共析珠光体的碳含量，其作用仅次于氮而强于锰。在降低马氏体转变温度方面的作用为锰的一半。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度，不显著影响钢的塑性;

　　2)含镍钢的碳含量可适当降低，因而可使韧性和塑性有所改善;

　　3)提高钢的疲劳抗力，减小钢对缺口的敏感性;

　　4)由于对钢的淬透性和耐回火性的作用并不十分明显，镍对调质钢的意义不大;

　　5)降低钢的低温脆化转变温度，镍的质量分数为3.5%的钢可在-100℃时使用，镍的质量分数为9%的钢可在-196℃时使用。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)强烈降低钢的热导率和电导率;

　　2)镍的质量分数<30%的奥氏体钢呈顺磁性，即无磁钢。镍的质量分数>30%的Fe-Ni合金是重要的精密软磁材料;

　　3)镍的质量分数超过15%~20%的钢对硫酸和盐酸有很高的耐蚀性，但不能耐硝酸的腐蚀。总的来说，含镍钢对酸、碱、盐以及大气都有一定的耐蚀性。含镍的低合金钢还有较高的腐蚀疲劳抗力。含镍钢在含硫和CO的气氛中加热时易发生热脆和侵蚀性气孔;

　　4)含镍较高的钢在按焊接时应采用奥氏体焊条，以防止裂缝;

　　5)含镍钢中易出现带状组织和白点缺陷，应在生产工艺中加以防止。

　　在钢中的作用

　　1)单纯的镍钢只在要求有特别高的冲击韧性或很低的工作温度时才使用;

　　2)机械制造中使用的镍铬或镍铬钼钢，在热处理后能获得强度和韧性配合良好的综合力学性能。含镍钢特别适用于需要表面渗碳部件;

　　3)在高合金奥氏体不锈耐热钢中镍是奥氏体化元素，能提供良好的综合性能，主要为NiCr系钢。CrMnN、CrAlSi、FeAlMn钢，在一定用途上可取代CrNi系钢;

　　4)由于镍的稀缺，又是重要的战略物资。非在用其它合金元素不可能达到性能要求时，应尽量少用和不用镍作为钢的合金元素。

　　Co

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)钴和镍、锰一样，和铁形成连续固溶体;

　　2)钴和铝同是降低钢的淬透性的元素，升高马氏体转变开始温度Ms;

　　3)钴不是形成碳化物的元素;

　　4)钴在回火或使用过程中阻抑、延缓其它元素特殊碳化物的析出和聚集。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)强化钢的基体，在退火或正火状态的碳素钢中提高硬度和强度，但会引起塑性和冲击韧性的下降;

　　2)显著提高特殊用途钢和合金的热强性和高温硬度;

　　3)提高马氏体时效钢的综合力学性能，使其具有超强韧性。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)提高耐热钢和耐热合金的抗氧化能力;

　　2)钴加入铁中增加磁饱和。

　　在钢中的作用

　　1)不在碳素钢和低合金钢中使用;

　　2)主要用于高速钢、马氏体时效钢、耐热钢及精密合金等;

　　3)钴资源缺乏、价格昂贵，钴的使用应尽量节约和合理。

　　Cr

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)Cr与Fe形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等。Cr与Fe可形成金属间化合物σ相(FeCr);

　　2)Cr使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少;

　　3)减缓奥氏体分解速率，显著提高钢的淬透性，但也增加钢的回火脆性倾向。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)提高钢的强度和硬度，同时加入其它合金元素时，效果较显著;

　　2)显著提高钢的韧脆转变温度;

　　3)在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较低的表面粗糙度值;

　　2)降低钢的电导率，降低电阻温度系数;

　　3)提高钢的矫顽力和剩余磁感，广泛用于制造永磁钢;

　　4)铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的Cr时，显著提高钢的耐蚀性(特别是硝酸)。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐蚀性下降;

　　5)提高钢的抗氧化性能;

　　6)铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性;

　　7)由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻、轧后要缓冷。

　　在钢中的作用

　　1)合金结构钢中主要利用铬提高次头型，并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性;

　　2)弹簧钢中利用Cr和其他合金元素一起提供的综合性能;

　　3)轴承钢中主要利用Cr的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面粗糙度值低的优点;

　　4)工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的耐回火性和韧性;

　　5)不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合使用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例，如12Cr18Ni9等;

　　6)我国铬资源较少，应尽量节省Cr的使用。

　　Mo

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)Mo在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，是缩小奥氏体相区的元素;

　　2)当Mo含量较低时，可与碳、铁形成复合的渗碳体;含量较高时可形成钼的特殊碳化物;

　　3)钼提高钢的淬透性，其作用较铬强，而稍逊于锰;

　　4)钼提高钢的耐回火性。作为单一合金元素存在时，增加钢的回火脆性;与铬、锰等并存时，钼又降低或抑制因其它元素所导致的回火脆性。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度;

　　2)钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用;

　　3)由于钼使形变强化后软化和回复温度，以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在450~600℃下的聚集，促进特殊碳化物的析出，因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)在碳的质量分数为1.5%的磁钢中，质量分数为2%~3%的钼提高剩余磁感和矫顽力;

　　2)在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化，因此钼可以普遍提高钢的耐蚀性，防止钢在氯化物溶液中的点蚀;

　　3)钼含量较高(质量分数>3%)时使钢的抗氧化性恶化;

　　4)钼的质量分数不超过8%的钢仍可以锻、轧，但含量较高时，钢对热加工的变形抗力增高。

　　在钢中的作用

　　1)在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢中都得到广泛应用;

　　2)铬钼钢在许多情况下可代替铬镍钢来制造重要部件;

　　3)我国富产钼，但在世界范围镍的储量并不丰富。含钼钢在我国应适当发展，但钼是重要战略物资，应注意合理和节约使用。

　　Cu

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)铜是扩大奥氏体相区的元素，但在铁中的固溶度不大，铜与碳不形成碳化物;

　　2)铜对临界温度和淬透性的影响以及其固溶强化作用与镍相似，可用来代替一部分镍。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)提高钢的强度特别是屈强比;

　　2)随着铜含量的提高，钢的室温冲击韧性略有提高;

　　3)铜也提高钢的疲劳强度。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)少量的铜加入钢中可以提高低合金结构钢和钢轨钢的抗大气腐蚀性能，与磷配合使用时效果更为显著。铜对钢抗土壤及海水腐蚀性能的改善不显著。铜也能略为提高钢的高温抗氧化性;

　　2)在不锈耐酸钢中加入质量分数为2%~3%的铜可改善钢对硫酸和盐酸的耐蚀性和对应力腐蚀的稳定性;

　　3)改善钢液的流动性，对铸造性能有利;

　　4)含铜量较高的钢，在热加工时容易开裂，需加以防止。

　　在钢中的作用

　　1)钢中加入铜应用于：普通低合金钢、调质与渗碳结构钢、钢轨钢、不锈钢和铸钢;

　　2)我国有丰富的含铜铁矿，其中的铜不易分选，钢中的铜也不能在冶炼过程中分离，发展含铜钢有重大经济意义;

　　3)由于铜不能在炼钢过程中分离，用含铜废钢重复冶炼，将使钢中铜含量累积升高，故不宜在炼制中有意加入。

　　Al

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)铝与氧和氮有很强的亲和力，是炼钢时的脱氧定氮剂;

　　2)铝强烈缩小钢中的奥氏体相区;

　　3)铝和碳的亲和力小，在钢中一般不出现铝的碳化物。铝强烈促进碳的石墨化，加入Cr、Ti、V、Nb等强碳化物形成元素可抵制Al的石墨化作用;

　　4)铝细化钢的本质晶粒，提高钢粗化的温度，但当钢中的固溶金属铝含量超过一定值时，奥氏体晶粒反而容易长大粗化;

　　5)铝提高钢的马氏体转变开始温度Ms，减少淬火后的残留奥氏体含量，在这方面的作用与钴以外的其它合金元素相反。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)铝减轻钢对缺口的敏感性，减少或消除钢的失效现象，特鄙视降低钢的韧脆转变温度，改善了钢在低温下的韧性;

　　2)铝有较大的固溶强化作用，高铝钢具有比强度较高的优点，铁素体型的铁铝系合金其高温强度和持久强度超过了Cr13钢，但其室温塑性和韧性低，冷变形加工困难;

　　3)以碳、锰奥氏体化的奥氏体型铁铝锰系钢，其综合性能较佳。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)铝加入质量分数为20%~30%Cr的Fe-Cr合金中，其电阻温度系数很小，因而可用作电热合金材料;

　　2)铝与硅在减少变压器钢的铁芯损耗方面有相近的作用。不同铝量对矫顽力及磁滞损耗有特殊而复杂的影响;

　　3)含铝的钢渗碳后表面形成氮化铝层，可提高硬度和疲劳强度，改善耐磨性能;

　　4)铝含量达一定值时，使钢的表面产生钝化现象，使钢在氧化性算中具有耐蚀性，并提高了对硫化氢的耐蚀性。铝对钢在氯气及氯化物气氛中的耐蚀性不利;

　　5)铝作为合金元素加入钢中，可显著提高钢的抗氧化性。在钢的表现镀铝或渗铝可提高其抗氧化性和耐蚀性;

　　6)铝对热加工性能、焊接性能和切削性能有不利影响。

　　在钢中的作用

　　1)铝在一般的钢中主要起脱氧和控制晶粒度的作用;

　　2)铝作为主要元素之一，可广泛用于一些系列特殊合金钢中，包括：渗氮钢、不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金、硬磁与软磁合金无磁钢、高锰低温钢。

　　V

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)V和Fe形成连续的固溶体，强烈地缩小奥氏体相区;

　　2)钒和碳、氮、氧都有极强的亲和力，在钢中主要以碳化物或氮化物、氧化物的形态存在;

　　3)通过控制奥氏体化温度来改变钒在奥氏体中的含量和未溶碳化物的数量以及钢的实际晶粒度，可以调节钢的淬透性;

　　4)由于钒形成稳定难熔的碳化物，使钢在较高温度时仍保持细晶组织，大大降低钢的过热敏感性。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)少量的钒使钢晶粒细化，韧性增大，对低温钢尤为有利;

　　2)钒量较高导致聚集的碳化物出现时，会降低强度;碳化物在晶内析出会降低室温韧性;

　　3)适当的处理使碳化物弥散析出时，钒可提高钢的高温持久强度和蠕变抗力;

　　4)钒的碳化物是金属碳化物中最硬和最耐磨的。弥散分布的钒碳化物提高工具钢的硬度和耐磨性。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)在高铁镍合金中加入钒，经适当热处理后可提高磁导率。在永磁钢中加入钒，能提高磁矫顽力;

　　2)加入足够量的钒(碳的5.7倍以上)，将碳固定于钒碳化物中时，可大大增加钢在高温高压下对氢的稳定性，其强烈作用与Nb、Zr、Ti相似。不锈耐酸钢中，钒可改善抗晶间腐蚀的性能，但作用不及Ti、Nb显著;

　　3)出现钒的氧化物时，对钢的高温抗氧化性不利;

　　4)含钒钢在加工温度较低时显著增加变形抗力;

　　5)钒可改善钢的焊接性。

　　在钢中的作用

　　1)在普通低合金钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速钢、耐热钢、抗氢钢、低温用钢等系列中得到广泛应用;

　　2)钒使我国富有的元素之一，其价格虽较Si、Mn、Ti、Mo略贵，但在钢中的质量分数一般不大于0.5%(除高速工具钢外)，故应大力推广使用。目前钒已成为发展新钢种的常用元素之一。

　　Ti

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)钛和氮、氧、碳都有极强的亲和力，是一种良好的脱氧去气剂和固定氮和碳的有效元素;

　　2)钛和碳的化合物结合力极强，稳定性高，只有加热到1000℃以上才会缓慢溶入铁的固溶体中。TiC微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用，使粗化温度提高至1000℃以上;

　　3)钛是强铁素体形成元素之一，使奥氏体相区缩小，强烈提高A1、A3;固溶态的钛提高钢的淬透性，而以TiC微粒存在时则降低钢的淬透性;

　　4)当钛含量达到一定值时，由于钛铁化合物的弥散析出，可产生沉淀硬化作用。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)当钛以固溶态存在于铁素体之中时，其强化作用高于Al、Mn、Ni、Mo等，次于Be、P、Cu、Si;

　　2)钛对钢力学性能的影响取决于其存在形态和Ti与C质量比以及热处理制度。微量的钛使屈服强度有所提高，但当Ti与C质量比超过4时，其强度和韧性急剧下降。过高的加热温度(>1000℃)进行正火或淬火，虽可使强度提高50%，但剧烈降低塑性及韧性;

　　3)钛对钢的韧性，特别是低温冲击韧性少有改善作用;

　　4)钛能改善碳素钢和合金钢额热强性，提高其持久强度和蠕变抗力。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)提高钢在高温、高压氢气中的稳定性;

　　2)提高不锈耐酸钢的耐蚀性，特别是对晶间腐蚀的抗力，原因是防止铬碳化物在晶界析出而导致的贫铬;

　　3)低碳钢中，当Ti与C质量比达到4.5以上时，由于氧、氮、碳全部被固定，具有很好的应力腐蚀和碱脆抗力;

　　4)在铬的质量分数为4%~6%的钢中加入钛，能提高再高温时的抗氧化性;

　　5)钢中加入钛可促进淡化层的形成和较迅速获得所需的表面硬度，成为“快速氮化钢”;

　　6)改善低碳锰钢和高合金不锈钢的焊接性。

　　在钢中的作用

　　1)钛的质量分数超过0.025%时，可作为合金元素考虑;

　　2)钛作为合金元素在普通低合金钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢、永磁钢、永磁合金及铸钢中均已得到应用;

　　3)钛越来越多地被应用于各种先进材料，称为重要的战略物质。

　　Zr

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)锆是高熔点的稀有金属，是碳化物形成元素，在炼钢过程中是强力的脱氧和脱氮元素，并有脱氢及脱硫的作用;

　　2)锆能细化钢的奥氏体晶粒;

　　3)固溶于奥氏体中锆提高钢的淬透性;但若较多地以ZrC形态存在，则降低淬透性。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)锆降低钢的应变时效倾向和回火脆性;

　　2)在改善低合金钢的低温脆性方面的作用，锆强于钒;

　　3)锆能减轻钢的蓝脆倾向;

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)低碳镍铬不锈钢中加入少量的锆可防止晶间腐蚀;

　　2)锆与硫形成硫化物，可有效防止钢的热脆;含铜钢中加入锆，可显著减轻龟裂倾向;

　　3)高显著提高高碳工具钢和高速钢的切削寿命;

　　4)锆能改善钢的焊接性。

　　在钢中的作用

　　1)锆产量稀少，价格昂贵，在钢中的溶解度很小，在普通钢中很少使用，而主要用于特殊用途的钢和合金中。

　　2)锆在核反应堆材料及特殊耐蚀设备方面有重要应用，以锆为基可形成大块非晶材料。

　　Nb/Ta

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)Nb、Ta均为难熔的稀有金属元素，在元素周期表中与V同族，其在钢中的作用与V、Ti、Zr类似，和碳、氮、氧都有很强的亲和力，形成极为稳定的化合物;

　　2)Nb、Ta在钢中的主要作用是细化晶粒，提高晶粒粗化温度;

　　3)Nb、Ta以固溶态存在时，提高钢的淬透性和淬火后的耐回火性;以碳化物存在时，则降低淬透性。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)钢中加入质量分数为0.005%~0.05%Nb能提高屈服强度和冲击韧性，降低其韧脆转变温度;

　　2)在铬的质量分数低于16%的低碳马氏体耐热不锈钢中加入铌，可以降低其空冷硬化性，避免回火脆性，提高蠕变强度，降低蠕变速率。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)改善奥氏体型不锈钢抗晶间腐蚀的性能;在高铬铁素体钢中，改善高温不起皮性和抗浓硝酸侵蚀的性能;

　　2)在奥氏体型无磁钢中，加入铌和采用沉淀强化热处理，可有效提高其屈服强度而不损害其磁性能;

　　3)在低碳普通合金钢和高铬马氏体钢中加入铌可改变焊接性;在Cr18Ni8钢中加入铌后，其冷作硬化率较大，冷边形较困难，焊接性能也较差。

　　在钢中的作用

　　1)加入少量铌应用于：建筑用低碳普通合金钢、渗碳及调质合金钢、高铬耐热不锈钢、奥氏体不锈耐热钢、无磁钢等;

　　2)Nb、Ta资源在我国较为丰富，但在世界范围内储量很少，且有其它重要用途。

　　W

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)钨是难熔金属，在钢中的行为与Mo类似，即缩小奥氏体相区。并是强碳化物形成元素，部分地溶于铁中;

　　2)钨对钢的淬透性的作用不如Mo和Cr，当以W的特殊碳化物存在时，则降低钢的淬透性和淬硬性;

　　3)钨的特殊碳化物阻止钢晶粒的长大，降低钢的热敏感性;

　　4)钨显著提高钢的耐回火性;

　　对钢的力学性能的作用

　　1)钨提高了耐回火性，其碳化物十分剪影，因而提高了钢的耐磨性，还使钢具有一定的热硬性;

　　2)提高钢在高温时的蠕变抗力，其作用不如钼强

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)钨显著提高钢的密度，强烈降低钢的热导率;

　　2)显著提高钢矫顽力和剩余磁感;

　　3)钨对钢的耐蚀性和高温抗氧化性无有利作用，含钨钢在高温时的耐热性显著下降，但钨能提高钢的抗氢作用的稳定性;

　　4)含钨的高速钢塑性低，变形抗力高，热加工性能较差;

　　5)高合金钨钢在铸态中存在易熔相的偏析，锻造温度不能高，并应防止高碳钨钢中由于碳的石墨化造成墨色断口缺陷。

　　在钢中的作用

　　1)主要用于工具钢，如高速钢和热锻模具钢等;

　　2)在有特殊需要时，应用渗碳和调质结构钢、耐热钢、不锈钢、磁钢等，常与Si、Mn、Al、Mo、V、Cr、Ni等同时加入。

　　Be

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)Be是稀有轻金属元素，和氧及硫都有极强的亲和力，在炼钢中是立项的脱氧去硫剂;

　　2)Be在钢中缩小奥氏体相区，以固溶态存在的Be增加钢的淬透性;

　　3)Be与Fe能形成金属间化合物，与碳形成特殊碳化物，成分配制和处理恰当时，能产生极强的沉淀强化作用。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)对铁素体有很强的固溶强化作用;

　　2)Be可改善钢的高温强度及抗蠕变性能。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)在因瓦而今和恒弹性合金中加入质量分数为0.5%~1.0%的Be并调整其它成分可改善性能;

　　2)Be的某些化合物对人体有害，在冶炼时应采取足够防护措施。

　　在钢中的作用

　　1)由于Be属于稀有元素，价格昂贵，在一般合金钢中较少使用;

　　2)主要用于原子能工业及军工中的某些特殊用途钢和合金。

　　RE

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)稀土元素化学性质活泼，在钢中与硫、氧、氢等化合，是很好的脱硫剂和去气剂，能消除砷、锑、铋等元素的有害作用，改变钢中夹杂物的形态和分布，起到净化作用，改善钢的质量;

　　2)稀土元素在铁中的溶解度很低，不超过0.5%;

　　3)除镧和铁不能形成中间化合物外，所有其它已研究过的稀土元素都和铁形成中间化合物。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)提高钢的塑性和冲击韧度，特别是低温韧性;

　　2)提高耐热钢、电热合金和高温合金的抗蠕变性能;

　　3)稀土元素在某些钢中有细化晶粒，均匀组织的作用，从而有利于综合力学性能的改善。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)提高钢的抗氧化性;

　　2)提高18-8型不锈钢的乃是性能(包括在浓硝酸中的耐蚀性);

　　3)稀土元素能提高钢液的流动性，改善浇注的成品率，减少铸钢的热裂倾向;

　　4)显著改善高铬不锈钢的热加工性能;

　　5)改善钢的焊接性。

　　在钢中的作用

　　1)在普通低合金钢、合金结构钢、轴承钢、工具钢、不锈和耐蚀钢、电热合金以及铸钢中得到应用;

　　2)为了稳定获得稀土元素改善钢的组织和性能的效果，应注意准确控制稀土在钢中的含量;

　　3)我国富产稀土元素，有关稀土在钢中的作用机理和开发应用还应大力加强。

　　Pb/Bi

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)铅与铋实际上不溶于钢中，其沸点都很低，冶炼过程中大部分化为蒸汽逸出，因而在钢中的残留量很低，为了特殊用途需要增加Pb、Bi含量时，须在浇铸过程中加入;

　　2)由于含量很低，对组织和热处理的影响不显著。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)对钢的强度无明显影响，使钢的塑性略有下降，使冲击韧性有较大降低;

　　2)在高强度钢中，铅对疲劳极限有下降的作用。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)铅显著改善钢的切削加工性能，使切削碎断，增加切削时工具与工件之间的润滑，降低切削温度和动力消耗，延长工具寿命，提高切削速度;

　　2)其改善切削加工性能的作用，在硫、磷含量较高的钢中尤为显著。

　　在钢中的作用

　　1)含有质量分数为0.2%左右铅的钢有“超级易切钢”之称;

　　2)含铅钢中需防止铅的偏析，并对铅蒸气进行防护。

　　B

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)硼与氮、氧之间有很强的亲和力。硼与碳形成碳化物B4C，硼和铁形成两种及时在高温时也很稳定的中间化合物Fe2B和FeB;

　　2)硼在钢中与残留的氮、氧化合形成稳定的夹杂物后会失去其本身的有益作用，只有以固溶形式存在于钢中的硼才起到特殊的有益作用，这归功于硼大都析集和吸附在晶界上;

　　3)由于钢中的硼的质量分数一般在0.001%~0.005%的范围，对钢的显微组织没有明显的影响。钢中“有效硼”的作用主要是增加钢的淬透性;

　　4)微量硼有使奥氏体晶粒长大的倾向，硼还增加回火脆性的倾向。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)微量硼可提高钢在淬火和低温回火后的强度，并使塑性略有提高;

　　2)经300~400℃回火的含硼钢，其冲击韧性较不含硼的钢有所改善，且能降低钢的韧脆转变温度;

　　3)奥氏体铬镍钢中加入硼，经固溶和时效处理后，由于沉淀硬化的作用，其强度有适当提高，但韧性有所下降;

　　4)硼对改善奥氏体钢的蠕变抗力有利，在珠光体耐热钢中硼可提高其高温强度。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)硼的质量分为超过0.007%将导致钢的热脆现象，影响热加工性能，故钢中硼的总质量分数应控制在0.005%以下;

　　2)在含硼结构钢中，用微量硼代替较多量的其它合金元素后，期总合金元素含量降低，在高温时对变形的抗力减小，有利于模锻加工和延长锻模寿命。此外，含硼钢的氧化皮较松，易于脱落清理;

　　3)含硼钢经正火或退货后，其硬度比淬透性相同的其它合金钢要低，对于切削加工有利。

　　在钢中的作用

　　1)硼在钢中的主要用途是增加钢的淬透性，从而节约其它合金元素，如Ni、Cr、Mo等。质量分数为0.001%~0.005%的硼约可代替质量分数为1.6%的Ni，或质量分数为0.3%的Cr，或质量分数为0.2%的钼。以硼部分代替钼最为恰当;

　　2)利用硼吸收中子的能力，反应堆中采用硼的质量分数高达0.1%~4.5%的高硼低碳钢，但其变形加工十分困难。

　　N

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　在一定条件下，氮可作为有益元素使用：

　　1)氮和碳一样可固溶于铁，形成间歇式固溶体;

　　2)氮扩大钢的奥氏体相区，是一种很强的形成和稳定奥氏体的元素，其效力约20倍于镍，在一定限度内可代替一部分镍用于钢;

　　3)渗入钢表现的氮与铬、铝、钒、钛等元素可化合成极稳定的氮化物，称为表面硬化和强化元素;

　　4)氮使高铬和高铬镍钢的组织致密坚实;

　　5)钢中残留氮量过高会导致宏观组织疏松或气孔;

　　对钢的力学性能的作用

　　1)氮有固溶强化作用;

　　2)含氮铁素体钢中国，在快冷后的回火或在室温长时间停留时，由于析出超显微氮化物，可发生沉淀硬化过程，氮也使低碳钢发生应变时效现象。在强度和硬度提高的同时，钢的韧性下降，缺口敏感性增加。氮导致钢的脆性的特性近似磷，其作用远大于磷。氮也是导致钢产生蓝脆的主要原因;

　　3)提高高铬和高铬镍钢的强度，而塑性并不降低，冲击韧性还是有显著提高;

　　4)氮还能提高钢的蠕变和高温持久强度。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)氮对不锈钢的耐蚀性无显著影响;

　　2)度钢的高温抗氧化性也无显著影响，氮含量过高可使抗氧化性恶化;

　　3)含氮钢冷作变形硬化率较高，采用冷变形工艺时，应予注意;

　　4)氮可降低高铬铁素体钢的晶粒长大倾向，从而改善其他焊接性。

　　在钢中的作用

　　1)氮在钢中质量分数一般小于0.3%，特殊情况下可高达0.6%;

　　2)主要应用于渗碳调质结构钢、普通低合金钢、不锈钢及耐热钢。氮在钢中的应用还在扩大。

　　O

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　氧对钢的性能不利，是有害元素：

　　1)钢中残留的氧以氧化物及极少量的固溶态的形态存在;

　　2)由于残留氧量很低，对钢的组织和热处理无显著影响。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)氧对钢的力学性能影响主要与氧化夹杂物的组成、性质、分布和数量有关;

　　2)所有夹杂物都在不同程度上降低钢的力学性能，特别是塑性、韧性和疲劳强度;

　　3)但根据氧化物冶金理论，尺寸细小、弥散分布、成分可控的氧化物夹杂能够改变钢的组织和晶粒度，使钢材具有优异的韧性、较高的强度尤其是优良的焊接性能，使钢中传统的夹杂物变害为利。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)氧化铝等夹杂物提高钢的硬度和耐磨性，但恶化切削加工性能;

　　2)较高的含氧量使焊缝发生热裂，恶化焊接性能。

　　在钢中的作用

　　氧在冶炼、铸锭和轧制过程中都有一定的作用，但钢中的残留氧对性能不利，应作为有害元素来对待。

　　H

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)氢以原子或离子形态固溶于钢中，形成间歇式固溶体，有一些合金化作用;

　　2)残留于钢中的氢造成许多严重缺陷，如白点、点状偏析，其危害巨大;

　　3)由于固溶于铁中的氢含量很少，对钢的相变和热处理无显著影响，只有一些稳定奥氏体和增加淬透性的作用。此外，氢也有防止钢中的碳发生石墨化和渗碳时出现反常组织的作用。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)氢脆是氢使钢塑性下降的基本原因，钢的强度越高，其氢脆敏感性越大。氢脆可以用时效处理来清除;

　　2)氢有增加钢的硬度倾向，但不明显。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)氢在钢中除了会产生氢脆以外，还会形成一系列的严重缺陷，包括白点、点状偏析、静载疲劳断裂、“鱼眼”、表面凸泡等;

　　2)氢化物含量高的酸性药皮焊条导致焊缝热影响区开裂。

　　在钢中的作用

　　氢在钢中是有害元素，应尽量采取工艺措施降低钢中的氢含量，防止由氢造成的各种缺陷和性能下降。

　　S/Se/Te

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)硫在大多数情况下是钢中的有害元素，在优质钢中其质量分数不应超高0.04%。Se、Te与其性质相近;

　　2)硫、硒、碲可与铁形成化合物，化合物在铁中的溶解度很低;

　　3)对钢的相变和组织的影响主要由不同类型和分布状态的硫化物造成，表面为硫的偏析及硫化物夹杂以及由于硫化物的形成导致的Mn、Ti、Zr等有效含量及钢的淬透性下降。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)降低钢的延展性及韧性，冲击韧性下降最为显著;

　　2)硒化物颗粒较硫化物更为细小和分散，对力学性能的影响较硫轻。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)使软钢的磁学性能恶化;

　　2)损害钢的耐蚀性;

　　3)FeS等低熔点化合物增大钢在锻、轧时的过热和过烧倾向，产生表面网状裂纹和开裂;

　　4)造成焊缝热裂、气孔及疏松;

　　5)在切削加工时，使切削容易断开，改善工件光洁度，节省动力，且有润滑作用，延长刀具寿命，提高切削效率。

　　在钢中的作用

　　1)只有在易切削钢中才利用硫、硒、碲来改善切削性能。硒较为昂贵，只在高级不锈钢中使用;

　　2)在其它钢种中都应尽量降低硫的含量。

　　P/As/Sb

　　对钢的显微组织及热处理的作用

　　1)磷、砷、锑在周期表中同族，在钢中作用类似，均使奥氏体相区减小;

　　2)在铁中有一定溶解度，与铁形成低熔点化合物;

　　3)都有严重的偏析倾向;

　　4)提高钢的回火脆性敏感程度。

　　对钢的力学性能的作用

　　1)提高钢的强度;

　　2)降低塑性和韧性，碳含量越高，引起脆性也越大。

　　对钢的物理、化学及工艺性能的作用

　　1)改善钢的耐磨性;

　　2)改善钢的耐蚀性;

　　3)改善钢的切削加工性能;

　　4)对焊接性能不利，增加焊缝的敏感性。

　　在钢中的作用

　　1)应用于钢轨钢及易切削钢，也用于炮弹钢;

　　2)在多数其它情况下应尽量减少钢中磷等含量。