為了改善和提高鋼（gāng）的某些性能和使之獲（huò）得某些（xiē）特殊性能而有意（yì）在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有（yǒu）鉻，鎳，鉬，鎢，釩，鈦，铌，鋯，鈷，矽，錳，鋁，銅，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情況下也起到合金的作（zuò）用。

(1) 鉻（gè）(Cr)

鉻能增加鋼的淬透性並有二次硬（yìng）化的作用，可提高碳鋼的硬度和（hé）耐磨性而不使鋼（gāng）變脆。含量超過12%時，使鋼有良好（hǎo）的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強性（xìng）。鉻為不鏽鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金（jīn）元素。

鉻能提高碳素鋼軋製狀態的強度和硬度，降低伸長率和斷麵收縮率（lǜ）。當鉻含量超過15%時，強度和硬度將下降，伸長率和斷麵收縮率則（zé）相應地有所提高。含鉻鋼的零件經研磨容易獲得較高的表麵加工質量。

鉻在調質（zhì）結構中的主要作用是提高淬（cuì）透性，使鋼經淬火回火後具有較好的（de）綜合力學性能（néng），在滲碳鋼中還可以形（xíng）成含鉻的碳（tàn）化物，從而提高材料表麵的耐磨性。含鉻的彈簧鋼（gāng）在熱處理時不易脫碳。鉻能（néng）提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩定性。在電熱合（hé）金中，鉻能提（tí）高合金的抗氧化性、電阻和強度。

（2）鎳（Ni）

鎳在鋼中強化鐵素體並細化珠光（guāng）體，總（zǒng）的（de）效果是提（tí）高強度，對塑性的影響不顯著。一般地講，對不需調質處理而在軋鋼、正火或退火狀態使用的低碳鋼，一定的含鎳量（liàng）能提高鋼的強度而不顯著降（jiàng）低其韌性（xìng）。據統計，每增加1%的（de）鎳約可提高強度29.4Pa。隨著鎳含量的增加（jiā），鋼的屈服程度比抗拉強度提高（gāo）的快，因此含鎳鋼的比可較普（pǔ）通碳素鋼高。鎳在提高鋼強度的（de）同時，對鋼的韌性、塑性以及其他工（gōng）藝的性能的損害較其他（tā）合金元（yuán）素的影（yǐng）響小。對於中碳鋼，由於鎳降低珠光體轉變溫度，使珠（zhū）光體變細（xì）；又由於（yú）鎳降低共析點的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素鋼（gāng）比（bǐ），其珠光體數量較多，使含鎳的珠光體鐵素體鋼的強度較相同碳含量的碳素鋼高。反之，若使鋼的強度（dù）相同，含鎳鋼的碳含量可以適當（dāng）降低，因而能使鋼（gāng）的韌性和塑性有所提。鎳可以（yǐ）提（tí）高（gāo）鋼（gāng）對疲勞的抗力和減小鋼對缺口的敏（mǐn）感性。鎳降低鋼的低溫脆性轉變溫度，這對低溫用鋼有極重要的意義。含鎳3.5%的鋼可在-100℃時使用，含鎳9%的鋼則可在-196℃時（shí）工（gōng）作。鎳不（bú）增加（jiā）鋼對蠕變的抗力，因此一般不作為熱強鋼的強化元素。

鎳含量高的鐵（tiě）鎳合（hé）金，其線（xiàn）脹係數隨鎳含量增減而顯著變化，利用這（zhè）一（yī）特性，可以設計和生產具有極低或一定線脹係數的精密合金（jīn）、雙金屬材料等。

此外，鎳加入鋼（gāng）中（zhōng）不僅（jǐn）能耐酸，而且也（yě）能抗堿，對大氣及鹽都有抗蝕能力，鎳是不鏽耐酸鋼中的重要元（yuán）素之一。

（3）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（shèng）磁和矯頑力以及在某些介質中的抗蝕性（xìng）。

在調質鋼中，鉬能使較大斷麵的零（líng）件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩定性，使零件（jiàn）可以在較高溫度下回（huí）火，從而更有效地消除（或降低（dī））殘餘應力，提高塑性。

在滲（shèn）碳鋼中鉬除了具有上述作用外，還能在滲碳層中降（jiàng）低碳（tàn）化物在晶界（jiè）上形成（chéng）連續網狀的傾（qīng）向，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對地增（zēng）加了表（biǎo）麵層的耐磨性。

在鍛模剛中，鉬還能保持鋼有比較穩定的硬度（dù），增加對變形。開裂和磨損等的抗力。

在不鏽耐酸鋼中，鉬能進一步提高對有機（jī）酸（如（rú）蟻酸、醋（cù）酸、草酸等）以及（jí）過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸（suān）性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由於鉬的加入（rù），防止了氯離子的存在所產生的點腐蝕傾向。

含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐（nài）磨性、回火硬度和紅硬性等（děng）。

（4）鎢（W）

鎢在鋼中除形（xíng）成碳化物外（wài），部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按（àn）質量（liàng）分數計算，一般效果不（bú）如鉬顯著（zhe）。鎢在鋼中主要（yào）樣圖是增加回火穩定（dìng）性、紅硬性、熱（rè）強性以及由（yóu）於（yú）形成碳化物而增加的耐（nài）磨性。因此（cǐ）它的主要（yào）用於工具鋼，如高速鋼、熱鍛模具用鋼等。

鎢在優質彈簧鋼中形成難熔碳化物，在（zài）較高溫度回火時，能緩（huǎn）解碳化物的聚（jù）集過程，保（bǎo）持較高的高溫強度。鎢還可以降低鋼的過熱敏感性、增加淬（cuì）透性和提高硬度（dù）。65SiMnWA彈簧鋼熱軋後空冷就具有很高的硬度，50mm2截麵的彈簧鋼在油中即能淬透（tòu），可作承受大（dà）負荷、耐熱（不大於350℃）、受衝擊的（de）重要彈簧。30W4Cr2VA高強度耐熱優質彈簧鋼，具有大的淬透性，1050～1100℃淬火，550～650℃回火後抗拉強度達1470～1666Pa。它主要用於製造（zào）在高溫（不大於500℃）條件下使用的彈簧。

由於鎢的加入，能顯著提高鋼的（de）耐磨性和（hé）切削性，所以，鎢是合金工具鋼的（de）主要元素。

（5）釩（V）

釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應的穩定化合物。釩（fán）在（zài）鋼（gāng）中主要以碳化（huà）物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增（zēng）加淬透性（xìng）；反之，如以碳化物形式存在時（shí），降低淬透性。釩（fán）增加淬火鋼的回火穩定性，並產（chǎn）生二次硬化效應。鋼（gāng）中的含釩量，除高速工具鋼外，一般均不大於0.5%。

釩在普通低（dī）碳合（hé）金鋼中能細（xì）化（huà）晶（jīng）粒，提高正火後的強度和屈服比及低溫特性，改善鋼的焊接性能。

釩在合金結構鋼中由於（yú）在一般熱處理條件下會降低淬透性，故在結構鋼中常和錳、鉻、鉬以及鎢等元素聯合（hé）使用。釩在調質鋼中主要是提高鋼的強度和屈服比，細化晶粒，撿的過熱敏感性。在滲碳鋼中（zhōng）因能細化晶（jīng）粒，可（kě）使鋼在滲碳後直接淬火，不需二次淬火。

釩在彈簧鋼和軸承鋼中能（néng）提高強度和屈服（fú）比，特別是提高比例極限和彈性極限（xiàn），降（jiàng）低熱處理時脫碳敏感性，從而提高了表麵質量。五（wǔ）鉻（gè）含釩的軸承鋼，碳化彌散（sàn）度高，使用性能良好。

釩在工具鋼中細化晶粒（lì），降低過熱（rè）敏感性，增加回火穩定性和耐磨性，從而（ér）延長了工具的使用壽命。

（6）鈦（Ti）

鈦和氮、氧、碳都有極強的親和力（lì），與硫的親和力比鐵強。因此，它是一種良（liáng）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（huà）物形成元素，但不（bú）和其他元素聯合形成複合化合物。碳化鈦結合力強，穩定，不易分解，在鋼中隻有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。在未（wèi）溶入之（zhī）前，碳化（huà）鈦微粒有阻止晶粒長大的作用。由（yóu）於鈦和（hé）碳之間的親和力遠大於（yú）鉻和（hé）碳之間的親和力，在不（bú）鏽鋼中常用鈦（tài）來固定其中的碳以消除（chú）鉻在晶界處的貧化，從而消除或減輕鋼的晶間腐蝕。

鈦也是強鐵氧體形成元素之（zhī）一，強烈的提高了鋼的A1和A3溫度。鈦在普通（tōng）低合金鋼中能提高塑（sù）性和韌性。由（yóu）於鈦（tài）固定了氮和硫並形成碳化鈦，提高了鋼的強度。經（jīng）正火使晶粒細化，析出形成碳化物可使鋼的塑性（xìng）和衝擊韌性得到顯著（zhe）改善，含鈦的合金結構鋼，有良好的力學（xué）性能和工藝（yì）性能，主要缺點是淬（cuì）透性稍差。

在（zài）高鉻不鏽鋼中通常（cháng）需加入約5倍碳含（hán）量（liàng）的鈦，不但能提高鋼（gāng）的抗蝕性（主要是抗晶間腐蝕）和韌（rèn）性；還能（néng）組（zǔ）織鋼在高溫時的晶粒長大（dà）傾向（xiàng）和改（gǎi）善鋼（gāng）的焊接性能。

（7）铌/鈳（Nb/Cb）

铌與鈳（kē）常和鉭共（gòng）生，它們在鋼中的作用相近。铌和鉭部分溶入固溶體，起固溶強化作用。溶入奧（ào）氏體時顯著提（tí）高鋼的淬透性。但以碳化物和氧化物微粒形式存在時，細化晶粒並降低鋼的淬透性。它能增加鋼的回火穩定性，有二次硬化作用。微量铌可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下提高鋼的強度。由於有細化晶粒的作用（yòng），能提高鋼的衝擊韌性並降低（dī）其脆性轉變（biàn）溫度。當含量大於碳的8倍時，幾乎可（kě）以固定鋼中所有的碳，使（shǐ）鋼具（jù）有良好的抗氫性能。在奧氏體鋼中可以防止氧化介質對鋼的晶間腐蝕。由於固定碳和沉澱硬化作（zuò）用，能（néng）提高熱強鋼的高溫性能，如（rú）蠕變（biàn）強度等。

铌在建築（zhù）用普（pǔ）通低合金鋼中能提高屈服強度和衝擊韌性，降低脆性轉變溫度有益焊接性能。在滲碳及調（diào）質合金結構（gòu）鋼中在增加淬透性的同時。提高鋼的韌（rèn）性和低（dī）溫性能。能降低低碳馬氏體耐熱不鏽鋼的空氣硬化性，避免硬化（huà）回火脆性，提（tí）高蠕變強度。

（8）鋯（Zr）

鋯是強（qiáng）碳化物形（xíng）成（chéng）元素（sù），它在鋼中的作用與铌、鉭、釩相似（sì）。加入少量鋯有脫氣、淨化和細化晶粒作用，有利於鋼的低溫性能（néng），改善衝壓性能，它常用於製造（zào）燃氣發動機和彈道導彈結構使用的超高強度鋼和鎳基高溫合金中。

（9）鈷（Co）

鈷多用於特殊的鋼和（hé）合金中，含鈷的高速鋼有高的高溫硬度，與鉬同時加入（rù）馬氏體（tǐ）時效鋼中可以獲得超高硬度和良好綜合力學性能。此外，鈷在熱強鋼和磁性（xìng）材料（liào）中也是重要的合金元素。

鈷降低鋼的（de）淬透性，因（yīn）此，單獨加入碳素鋼中會（huì）降低調質後的綜合力學性能。鈷能強化鐵素體，加（jiā）入碳素鋼中，在退火或正火狀（zhuàng）態下能提高鋼的（de）硬度、屈服點和抗拉強度，對伸長率和斷麵收縮率（lǜ）有不利的影響（xiǎng），衝擊韌性也隨著鈷含量的增（zēng）加而降低。由於鈷（gǔ）具有抗氧化性（xìng）能，在耐熱鋼和耐熱合金中（zhōng）得（dé）到應用。鈷基合金燃氣渦（wō）輪中更顯示了它特有的作用（yòng）。

（10）矽（Si）

矽能溶於鐵素體和奧氏體中提高鋼的（de）硬（yìng）度（dù）和強度，其作用僅次（cì）於磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強（qiáng）。但含矽量超過3%時，將顯著降低鋼的塑性和（hé）韌性。矽（guī）能提高鋼的彈性極限（xiàn）、屈服強度和屈服比（σs/σb），以及疲勞強度和疲勞比（σ-1/σb）等。這是矽或矽（guī）錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。

矽能降低鋼的密度、熱導率和電（diàn）導率。能促使鐵素體晶粒（lì）粗化，降低矯頑力。有減小晶體的（de）各向異性傾向，使磁化（huà）容易，磁阻減小，可用來生產電（diàn）工用（yòng）鋼，所以矽鋼片的磁阻（zǔ）滯損耗較低。矽（guī）能提高鐵素體的導磁率，使鋼片在較弱磁場下（xià）有較高的磁感強（qiáng）度。但在強磁（cí）場（chǎng）下矽降低鋼的磁感強度。矽因有強的脫氧力，從（cóng）而（ér）減少了鐵的磁時效作用。

含矽的鋼在氧化氣氛（fēn）中加熱時，表麵將形成一層SiO2薄（báo）膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧（yǎng）化性。矽能促使鑄（zhù）鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。矽鋼若加熱時（shí）冷卻較快，由於熱導率低（dī），鋼的內部和外部溫差較大，因而斷裂。

矽能降低鋼的焊接性能。因為與氧的結合能力矽比鐵強，在焊接時容易生成低熔點的矽酸鹽，增加（jiā）熔渣（zhā）和融化金屬的流動性，引起噴濺現象，影（yǐng）響焊（hàn）接質量。矽是良好的脫（tuō）氧劑。用（yòng）鋁脫氧時酌情（qíng）加一定量的矽（guī），能顯著提高率的脫氧性。矽在鋼中本來就有一定的殘存，這是由於煉鐵煉鋼時作為原料帶入的。在沸（fèi）騰鋼中，矽（guī）限製在<0.07%，有意加入時（shí），則在煉鋼時加入矽鐵合金（jīn）。

（11）錳（Mn）

錳（měng）是良好的脫氧劑和脫（tuō）硫劑。鋼中一般都含有一定量的錳，它能消（xiāo）除或減弱由於硫引起的（de）鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱（rè）加工（gōng）性能。

錳和鐵形（xíng）成（chéng）的（de）固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和（hé）強度；同時又是碳化物形成的（de）元素，進入滲碳體中取代（dài）一（yī）部分鐵原子，錳在鋼中由於降（jiàng）低臨界轉變溫度，起到細化珠光體的作用，也間接地（dì）起（qǐ）到提高珠光體鋼強度的作用。錳穩定奧氏體組織的能力僅次於鎳，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製成多種合金鋼。

錳具有資源豐富、效能多樣的特點，獲得了廣（guǎng）泛的應用（yòng），如含錳較高的（de）碳素結構鋼、彈簧鋼。

在高碳高錳耐磨鋼中，錳含量可達10%～14%，經固溶處理後有良好的韌性，當收到衝擊而變形時，表麵層（céng）將（jiāng）因變形而強化，具（jù）有高的耐（nài）磨性。

錳與硫形成熔點較高的MnS，可防止因FeS而導致（zhì）的熱脆現象。錳有增加鋼晶（jīng）粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。若冶煉澆注和鍛軋後冷卻不當，容易（yì）使鋼產生白點。

（12）鋁（Al）

鋁主（zhǔ）要用來脫氧和細化（huà）晶粒。在滲氮鋼中促使形（xíng）成堅硬耐蝕（shí）的滲氮層。鋁能抑製低碳（tàn）鋼的時效，提高鋼在低溫下的韌性。含量高（gāo）時能提高（gāo）鋼的抗氧化性及在氧化性酸和（hé）H2S氣體中的耐蝕（shí）性，能改善鋼（gāng）的電、磁性能。鋁在鋼中固溶強化作用大，提高滲碳鋼的耐磨性、疲勞強度及芯部力（lì）學性能。

在難冶合金中鋁（lǚ）與鎳形成化合物，從而提高冶（yě）強性，含鋁的鐵鉻鋁合金在（zài）高溫下具有接近恒電阻的特性和優良的抗氧化性，適於做電冶合金材料與鉻鋁電（diàn）阻絲。

某些鋼脫氧時，如（rú）果鋁用量過多，則會使鋼產生反常組織和有促進鋼的石墨化傾向。在鐵素體及（jí）珠（zhū）光體鋼中，鋁（lǚ）含量（liàng）較高時，會降低其高溫強度和韌性，並給冶煉、澆注（zhù）等方麵帶來若幹困難。

（13）銅（Cu）

銅在鋼（gāng）中的突出作用（yòng）是改（gǎi）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，加入銅還能提高鋼的強度（dù）和屈服比，而對焊接（jiē）性能沒有不利的影響。含銅0.20%～0.50%的鋼軌（guǐ）鋼（U-Cu），除耐磨（mó）外其耐腐蝕壽命為一般碳素鋼軌的（de）2～5倍。

銅含量超過0.75%時，經固溶處理和時效後，可產生時效強化作用。含量低（dī）時，其作用與鎳相似，但較（jiào）弱。含量較高時，對熱變形加工不利，在熱變（biàn）形加工時導致銅脆現象。2%～3%銅在奧氏體不鏽鋼中可以對硫酸、磷酸及鹽酸等抗腐蝕性能及對應力腐蝕的穩定性。

（14）硼（B）

硼在鋼中的（de）主要作用是增加鋼的淬透性，從（cóng）而節（jiē）約其他較稀貴的金屬，與鎳、鉻、鉬等。為了這一目的，其含量一般規定在0.001%～0.005%範（fàn）圍（wéi）內。它可以（yǐ）代替1.6%的鎳、0.3%的鉻或（huò）0.2%的（de）鉬，以硼代鉬（mù）應（yīng）注意，因（yīn）鉬能防止或降低回火脆性，而硼卻略有（yǒu）促進回火脆性的傾向，所以不能用硼將鉬完全代替。

中碳碳素鋼中（zhōng）加硼，由於提高（gāo）了淬透性，可使厚（hòu）20mm以上的鋼材調質後性能大為改善，因此（cǐ），可用40B和40MnB鋼（gāng）代替（tì）40Cr，可用20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼。但（dàn）由於硼的作用隨鋼（gāng）中碳的含量的增加而減弱（ruò），甚至消失，在選（xuǎn）用含硼滲碳鋼時，必須考慮到零件（jiàn）滲碳後，滲碳層的淬透性將（jiāng）低於芯部的淬（cuì）透性的這（zhè）一特點。

彈簧（huáng）鋼一般要求完全（quán）淬透（tòu），通常彈簧麵積（jī）不大，采用（yòng）含硼鋼有利。對高矽彈簧鋼硼的作用波動較（jiào）大（dà），不便（biàn）采用。

硼和氮及氧有強的親和力，沸騰（téng）鋼中加入0.007%的硼，可（kě）以消除鋼的時效現象。

（15）稀土（Re）

一般（bān）所說的（de）稀土元素，是指元素周期表中（zhōng）原子序數從57號至71號（hào）的鑭係元素（15個）加上21號鈧和39號釔共17個元素。他們的性質接近（jìn），不易分離。未分離的叫混合稀土，比較便宜，稀土元素能提高鍛軋鋼材（cái）的塑（sù）性和衝擊韌性，特別是在鑄鋼中尤為顯著（zhe）。它能提高耐熱鋼電熱合金和高溫合金的抗蠕變性能。稀土元素也可以（yǐ）提高鋼的抗氧化性（xìng）和抗腐蝕性（xìng）。抗氧化性的效果超過矽、鋁、鈦等元素。它能（néng）改善鋼的流動性，減少非金屬夾雜，使鋼（gāng）組織致密、純淨（jìng）。

普通低合金鋼中加入適當的（de）稀土元素，有良好的脫氧去硫作用，提高衝擊韌性（xìng）（特別是低溫韌性），改（gǎi）善各向異性性能。稀土元素在鐵鉻鋁合金中增（zēng）加合金的抗氧能力，在高溫（wēn）下保持鋼的細晶粒，提高高溫強度（dù），因而使電熱合金的壽命得到顯（xiǎn）著提高。

（16）氮（N）

氮能部分用於（yú）鐵中，有固溶強化（huà）和（hé）提高淬透性的（de）作用，但不顯著。由於氮化物在晶界（jiè）上析出，能提高晶界高溫強度，增加鋼（gāng）的蠕變（biàn）強度（dù）。與鋼中其（qí）他元素化合，有沉澱硬化作用。對鋼抗腐（fǔ）蝕性能不顯著（zhe），但鋼（gāng）的表麵（miàn）滲氮後，不僅增加其硬度和耐磨性，也顯著改善抗（kàng）腐蝕性。在低碳鋼中殘留氮會導致時效脆性。

（17）硫（S）

提高硫和錳的含量，可以（yǐ）改善（shàn）鋼的被切（qiē）削性能（néng），在易（yì）切（qiē）削鋼中，硫作為有益元素加入（rù）。硫在鋼（gāng）中偏析嚴（yán）重。惡化鋼的質量（liàng），在高溫下，降低鋼的塑性，是一種有害（hài）元素，它以熔點較低的FeS形式（shì）存在。單獨存在的FeS的熔點隻有1190℃，而在鋼中與鐵形（xíng）成共晶體的共晶溫度更低，隻有988℃，當鋼凝固時（shí），硫化鐵析集在（zài）原生晶界（jiè）處。鋼1100～1200℃進行軋製時，晶界上的FeS就將熔化，大大的削弱了晶粒之間的結合力，導致（zhì）鋼的熱脆現象，因此對硫應嚴加（jiā）控（kòng）製。一般控製在0.020%～0.050%。為防止因硫（liú）導致（zhì）的脆性，應加足夠的錳，使其形成熔點較高的MnS。若鋼（gāng）中含流量偏高，焊接時由於SO2的產（chǎn）生，將在焊接金屬內形成氣孔和疏鬆。

（18）磷（lín）（P）

磷在鋼（gāng）中固溶強化和冷作硬化作（zuò）用強。作為合金元（yuán）素加入低合金結構鋼中，能提高其強度（dù）和鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其（qí）冷衝壓性能。磷（lín）與硫和錳聯合使用，能增加鋼的被切削性能，增加加工（gōng）件的表麵質量，用於易切削鋼，所以易（yì）切削（xuē）鋼含磷也比較高。磷用於鐵素體，雖然能提高鋼的強度和（hé）硬度，最大的害處是，偏析嚴重，增加回火（huǒ）脆性，顯著增加（jiā）鋼的塑性和韌性，致使鋼在冷加工時（shí）容易脆裂也即所謂“冷（lěng）脆”現象。磷對焊接性也有不（bú）利影響（xiǎng）。磷是有害元素，應嚴加控製，一般含量不大於0.03%～0.04%。