元素名称 | 对钢材性能的主要影响 |
碳（C） | 钢中碳含量对于冶炼、轧制和热处理的温度制度均有极大影响。碳含量在0.25% 以下的低钢塑性很好，没有淬硬倾向，焊接性也好。碳含量为 0.25% ～0.60% 的中碳钢综合性能良好(即强韧性均好)，碳含量≥0.60%属高碳钢，硬度高、望性差。碳在轴承钢和工、模具钢中，形成多种高硬度碳化物。可提高钢的硬度和耐磨性。 |
硅（Si） | 硅在炼钢过程中是主要的还原剂和脱氧剂，镇静钢一般含有 0.15%～0.30% 的硅。在室温下钢中的硅能溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。如果钢中硅含量超过 0.50% ～0.60%，可显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，故可被用于弹簧钢。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，能用以制造耐热钢。硅含量1% ～4% 的低碳钢，具有极高的磁导率，是电工硅钢片的原料。硅含量较高时，易导致冷脆，存在于中碳钢和高碳钢里回火时易产生石墨化。 |
锰（Mn） | 锰在碳素结构钢中的含量为0.50% ～1.50%，在优质碳素结构钢中为0.20% ～1.20%。是主要脱氧、除硫元素。对于镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧能力，钢中的锰形成的氧化物有部分可与确结合而生成球形，高熔点的硫化锰，它在高温下具有一定塑造性，从而可减轻硫所造成的热脆性，在一定程度上可消除硫在钢中的有害影响。另一部分锰溶于铁素体引起固溶强化，使钢在轧后冷却时得到比较细且强度较高的珠光体，可提高钢热轧后的硬度和强度，对断面收缩率(Z) 和冲击韧性(Akv)略有影响。锰是一种强烈扩大γ相区的元素，可用于高锰奥氏体耐磨钢、高强度无磁钢、奥氏体不锈钢和耐磨钢。 |
磷（P） | 磷随原料进入钢中，磷有极强的固溶强化作用，能全部溶于铁素体中，使钢的强度、硬度增加，而显著降低其塑性和韧性。这种脆化现象在低温时更为严重，称“冷脆”。特别是磷在结晶过程中，由于容易产生晶内偏析，使局部磷含量偏高，致使冷脆转变温度升高，危害更大。此外，磷的偏析还使钢材在热轧后形成带状组织。在钢中要尽量降低磷的含量(一般钢小于 0.045，优质钢则要求瞬量更低)。在一定条件下，磷与铜的共同使用会提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能。 |
硫（S） | 硫是随原料及燃料进人钢中的。在固态下，钢中的硫以 FeS 的形态存在，其溶解度极小，由于FeS的塑性差，使含硫较高的钢脆性大。尤其是FeS 与Fe可形成低熔点的共晶体分布在奥氏体的晶界上，当钢加热到1200℃
进行压力加工时，由于晶界处共晶体溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为“热脆”。为了消除硫的有害作用，要严格限制硫的含量，并适当增加钢中锰含量。通常情况下硫被认为是有害成分，但硫含量较多的钢，因为能形成较多的 MnS，在切削加工中，能起润滑和断屑作用，可改善钢的切削加工性，所以是易切削钢的常用添加剂。 |
铬（Cr） | 铬是贵重金属，它有固溶强化的作用，使钢具有热硬性，能提高高温性能、抗氧化性和耐腐蚀性，是高温合金及超硬高速钢的重要合金元素。 在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而也是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。 |
镍（Ni） | 镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，但价格昂贵，是我国的稀缺资源，常在高级合金钢中与铬、钼联合使用，为热强钢及不锈钢以及高温合金的主要合金元素。镍能提高钢的强度并保持良好的塑性和韧性。 |
铜（Cu） | 铜含量高时，对热变形加工不利，如超过0.3%，在热变形加工时会导致高温铜脆现象，含量高于0.75% 时，经固溶处理和时效后可产生时效强化作用。在低碳合金钢中，特别是铜与磷同时存在，可提高钢的抗大气腐蚀性，2% -3% 的铜在不钢中可提高对硫酸、磷酸及盐酸的抗腐蚀能。 |
钨（W） | 钨熔点高，密度大，是中国储量丰富的合金。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢里加钨，可显著提高红硬性和热强性，适宜制造工、模具钢及硬质合金等 |
钼（Mo） | 钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。结构钢中加人钼，能提高力学性能，还可以抑制合金钢由于回火而引起的脆性，在工具钢中可提高红硬性、耐磨性。 |
钒（V） | 钒固溶于铁素体中产生极强的固溶强化作用，可以细化晶粒，钒固溶于奥氏体中可提高钢的淬透性，提高低温冲击韧性。但化合状态存在的钒，会降低钢的淬透性、增加钢的回火稳定性，并有很强的二次硬化作用。碳化钒是一种硬度极高、耐磨性极好的金属硬化物，可明显提高工具钢的寿命，提高钢的蠕变和持久强度。 |
钛（Ti） | 钛是钢的强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性。钛的固溶强化作用强，固溶于奥氏体中提高钢的淬透性，但又会降低固溶体的韧性。钛化合物会降低钢的淬透性、改善回火稳定性并有二次硬化作用。能提高耐热钢的抗氧化性和热强性、蠕变和持久强度，对于改善钢的焊接性有良好的作用。 |
铌（Nb） | 近年来发展起来的微合金钢（合金元素含量小于0.1%的钢），主要使用铌、钒、钛为合金元素，其中铌对于提高钢的强度有突出的作用。它的特点是能与碳、氮结合成氮化物和碳氮化物。这些化合物在高温下溶解，在低温下析出。其作用是加热时阻碍原始奥氏体晶粒长大、在轧制过程中抑制再结晶及再结晶后的晶粒长大，在低温时析出起强化的作用。微合金钢所加人的微量元素能提高强度，但必须采用控轧工艺进行压力加工，否则韧性反而变坏。这是因为控轧工艺可使晶粒细化，从面抵消因析出强化而引起的韧性恶化。 |
铝（Al） | 铝是化学性质极为活泼的元素之一，和氧、氮都有很强的亲和力。为了脱氧，炼钢通常都要加人铝。它可以细化晶粒、阻抑低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性，当被用作合金元素时能提高钢的抗氧化性，也可用以改善钢的电磁性能、提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度。因此被广泛应用于渗氮钢、耐热不起皮钢、磁钢、电热合金中。 |
硼（B） | 硼是化学性质极为活泼的元素之一，和氮、氧、碳都有很强的亲和力，加入钢中主要是为提高淬透性，在 300～400℃进行回火能提高冲击性，常用来生产齿轮钢、弹簧钢、耐热钢等。但用于高碳钢或钢中的残余氧含量高时，会影响其应有的作用。 |
氮（N） | 钢中的氮来自炉料，在冶炼、浇铸时钢液从炉气和大气中会吸收氮。氮引起碳钢的淬火和形变时效从而对碳钢的性能发生显善的影响。由于氮的时效作用，钢的硬度、强度虽然有所提高，但是塑性和韧性却会降低，特别是在形变时效的情况下，塑性和韧性的降低很显著。对于普通低合金钢来说，时效现象是有害的，因而，氮被视为有害元素。 但应用于某些细晶粒钢及含钒、铌钢，超级不锈钢时，则由于氮化物有强化和细化晶粒的作用，因此近年来又发现了它的有益作用。另外，作为合金元素，氮被用在一些不锈耐酸钢中以及氮化处理中，氮化处理能使机器零件获得极好的综合力学性能，延长零件的使用寿命，所以氮化处理是工具钢用来提高硬度的一种方法。 |
铅（Pb） | 铅的熔点很低，在钢中以低熔点的细小金属颗粒形态分布于晶界，造成脆性，对于一般钢而言它是有害元索。然而用以制造铅易切钢时，由于铅会附着于硫化物的周围，当切削时熔融铅渗出，起润滑和断屑作用，减少缠绕刀具;而且，在提高钢的切削性的同时它对常温力学性能的影响不大。 |
稀土（Re） | 稀土元素是指元素周期表中原子序数为57 ~71 的15个镧系元素，以及钇、钪在内的共17个元素。稀土元素可以改善钢的铸态组织，改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善钢的各种性能，如韧性、焊接性、冷加工性能，并可以提高抗氧化性、高温强度及蠕变强度，增加耐腐蚀性。 |
氢（H） | 钢中的氢是由含水或锈蚀的炉料带入的，或者从含有水蒸气的空气中吸收得到的。氢对钢的危害很大，会引起“氢脆”，即在低于钢材许用应力的情况下，经一定的运行时间后，钢材在无任何预兆的情况下会突然断裂，造成灾难性的后果；也会造成钢材内部产生大量细微裂纹——白点，即在钢的横断面上出现光滑的银白色斑点，在酸洗后的纵断面上呈现发丝样的裂纹。这种发纹使钢材的伸长率断面收缩率和冲击韧性显著下降，这类缺陷常发生在合金钢中，危害严重。 |
氧（O） | 氧在钢中的溶解度很低，几乎全部以氧化物夹杂形式存在于钢中，如 Fe0、AL2O3、MnO、CaO、MgO等。除此之外，钢中还存在 FeS、MnS、硅酸盐、氮化物及磷化物等。这些夹杂物破坏了钢基体的连续性，在静载荷和动载荷的情况下都会成为裂纹源。这些非金属夹杂物的各种状态不同程度地影响钢的塑性、韧性、疲劳强度和抗腐蚀的性能。 |
