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目前在合金鋼中常用的合金元素有：鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等。 

  鉻是合金結構鋼主加元素之一，在化學性能方面它不僅能提高金屬耐腐蝕性能，也能提高抗氧化性能。當其含量達到13％時，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強性。鉻能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，但它使鋼的塑性和韌性降低。 

  錳可提高鋼的強度，增加錳含量對提高低溫沖擊韌性有好處。 

  鎳鋼鐵性能有良好的作用。它能提高淬透性，使鋼具有很高的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳能提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性。鎳基合金具有更高的熱強性能。鎳被廣泛應用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。 

1、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構鋼，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。

2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的硅，強度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。

3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優質鋼要求更低些。

5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。

6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。

7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。

8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。

9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。

10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。

11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。

12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。

13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。

14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。

15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。

17、氮(N):氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。 

  硅可提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性及耐H2S等介質的腐蝕性。硅含量增高會降低鋼的塑性和沖擊韌性。 

  鋁為強脫氧劑，顯著細化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。鋁還能提高鋼的抗氧化性和耐熱性，對抵抗H2S介質腐蝕有良好作用。鋁的價格比較便宜，所以在耐熱合金鋼中常以它來代替鉻。 

  鉬能提高鋼的高溫強度、硬度、細化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。 

  釩用于固溶體中可提高鋼的高溫強度，細化晶粒，提高淬透性。鉻鋼中加少量釩，在保持鋼的強度情況下，能改善鋼的塑性。 

  鈦為強脫氧劑，可提高強度、細化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。在不銹鋼中起穩定碳的作用，減少鉻與碳化合的機會，防止晶間腐蝕，還可提高耐熱性。 稀土元素可提高強度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。 

一、合金元素對鋼力學性能的影響 
1．  溶解于鐵起固溶強化作用    
 
幾乎所有合金元素均能不同程度地溶于鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強度、硬度提高，但塑性韌性有所下降。使鋼具有強韌性的良好配合。 
 
2．形成碳化物，起第二相強化、硬化作用 
 
按照與碳之間的相互作用不同，常用的合金元素分為非碳化物形成元素和碳化物形成元素兩大類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它們在鋼中能與碳結合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，這些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔點和穩定性，如果它們顆粒細小并在鋼中均勻分布時，則顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性。 
 
    3．使結構鋼中珠光體增加，起強化的作用 
 
合金元素的加入，使Fe-Fe3C相圖中的共析點左移，因而，與相同含碳量的碳鋼相比，亞共析成分的結構鋼（一般結構鋼為亞共析鋼）含碳量更接近于共析成分，組織中珠光體的數量，使合金鋼的強度提高。 
 

工程材料及成形工藝基礎 
 

 
 
合金元素對鐵素體力學性能的影響 
 

  
二、合金元素對鋼工藝性能的影響 
1．對熱處理的影響 

（1）對加熱過程奧氏體化的影響 ：合金鋼熱處理可適當提高加熱溫度和延長保溫時間   

合金鋼中的合金滲碳體、合金碳化物穩定性高，不易溶入奧氏體；合金元素溶入奧氏體后擴散很緩慢，因此合金鋼的奧氏體化速度比碳鋼慢，為加速奧氏體化，要求將合金鋼（錳鋼除外）加熱到較高的溫度和保溫較長的時間。除Mn外的所有合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，尤其是Ti、V等強碳化物形成的合金碳化物穩定性高，殘存在奧氏體晶界上，顯著地阻礙奧氏體晶粒長大。因此奧氏體化的晶粒一般比碳鋼細。 

（2）對過冷奧氏體轉變的影響 ：合金鋼淬透性更好，可減小淬火冷速，減小淬火變形。但殘余奧氏體增多 

除Co外，所有溶于奧氏體中的合金元素，都使過冷奧氏體的穩定性增大，使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高。這使得合金鋼利用較小的冷卻速度即能淬成馬氏體組織，可減小淬火變形。因此大尺寸、形狀復雜或要求精度高的重要零件需要用合金鋼制作。 除Co、Al外，大多數合金元素都使Ms點降低，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比碳鋼多，這將對零件的淬火質量會產生不利影響。 

（3）對回火轉變的影響 ：合金鋼耐回火性好，回火后強韌性配合更好，有些鋼可產生“二次硬化” 

合金鋼回火時馬氏體不易分解，抗軟化能力強，即提高了鋼的耐回火性，回火后能有更好的強韌性配合。 合金元素能提高馬氏體分解溫度，對于含有較多Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素的鋼，當加熱至500～600℃回火時，直接由馬氏體中析出合金碳化物，這些碳化物顆粒細小，分布彌散，使鋼的硬度不僅不降低，反而升高這種現象稱為“二次硬化”。但有些合金鋼應避免“回火脆性”的產生。 

2．對焊接性能的影響 

淬透性良好的合金鋼在焊接時，容易在接頭處出現淬硬組織，使該處脆性增大，容易出現焊接裂紋；焊接時合金元素容易被氧化形成氧化物夾雜，使焊接質量下降，例如，在焊接不銹鋼時，形成Cr2O3夾雜，使焊縫質量受到影響，同時由于鉻的損失，不銹鋼的耐腐蝕性下降，所以高合金鋼最好采用保護作用好的氬弧焊。 

3．對鍛造性能的影響 

由于合金元素溶入奧氏體后使變形抗力增加，使塑性變形困難，合金鋼鍛造需要施加更大的壓力噸位；同時合金元素使鋼的導熱性降低、脆性加大，增大了合金鋼鍛造時和鍛后冷卻中出現變形、開裂的傾向，因此合金鋼鍛后一般應控制終鍛溫度和冷卻速度。