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碳。這是鋼里最重要的單一合金元素。它對于滲碳體（和其他碳化物）、珠光體、球狀滲碳體（鐵素體基體中的一種球狀碳化物的集合體）、貝氏體和鐵-碳馬氏體的形成是必不可少的。由上述一種或多種組分構(gòu)成的顯微組織能提供范圍很廣的力學(xué)性能和加工特性。通過熱處理可以控制這些元素的相對含量及其分布，并以此改變特定鋼工件的顯微組織以及其性能。大多數(shù)的鋼鐵冶金技術(shù)都應(yīng)用于鐵碳合金的不同組織及其轉(zhuǎn)變上，可以說許多其他元素很大程度也只是在 其鐵-碳系統(tǒng)上發(fā)揮作用。
假定將具有各不相同的顯微組織的鋼種進(jìn)行比較，它們的強(qiáng)度和硬度隨含碳量的增加而提高，而韌性和塑性卻隨含碳量的增加而降低（其加工性、焊接性和切削性也應(yīng)含碳量的增加而變差）。含碳量對力學(xué)性能的影響。隨著鋼的含碳量增加并達(dá)到w(C)最大值約為0.6%,其鐵-碳馬氏體的硬度也因含碳量的增加而提高。含碳量的增加還會提高其淬硬性。
成品鍛件所要求的含碳量決定了煉制得到的鋼的型號。沸騰鋼含碳量的增加會使其表面質(zhì)量下降。w（C）約為0.15%-0.30%的鎮(zhèn)靜鋼的表面質(zhì)量比較差，它要求特殊的工藝才能獲得與比上 述含碳最更髙或更低的鋼相似的表面質(zhì)量。碳具有中等的偏析趨勢，碳的偏析往往比其他元素的偏析更為顯著。
錳。通常所有市場供應(yīng)的鋼材里都含有錳。在鋼的冶煉中，錳是很重要的，因為它用于對鋼液進(jìn)行脫碳，并且適合鋼的熱形變加工以降低其對熱脆性的敏感度。錳還能與硫生成硫化錳的細(xì)脈，以此可改善鋼的切削性能。它有利于強(qiáng)度和硬度的提高，但其程度不如碳，而且提高的量取決于含碳量。錳對提高鋼的淬硬性有很大的效果。
錳對于產(chǎn)生宏觀偏析的作用小于任何一種常用元素。w（Mn）超過0.60%的鋼很難進(jìn)行沸騰。錳還有益于提高所有各種含碳量的鋼的表面質(zhì)童（除了特別低碳的沸騰鋼以外）。
硅。它是煉鋼用的主要脫氧劑之一。它在鋼中的含量不一定在化學(xué)成分的規(guī)范中注明，而是取決于產(chǎn)品所規(guī)定的脫氧工藝。沸騰鋼和壓蓋鋼含有最低限度的硅含量，Si)通常低于0.05%。全鎮(zhèn)靜 鋼為脫氧，一般u;(Si)為0.15%~0.30%,如果還含有其他脫氧劑，則鋼中的硅含量可以減少。硅僅有很少的偏析可能。低碳鋼里的硅一般不利于表面質(zhì)量，而且這種情況對于低碳加硫牌號的鋼來說，更為明顯。
硅能夠稍微提高一些鐵素體的強(qiáng)度，但不會引起塑性的大幅度下降。較高的含硅量可以增加鋼在空氣 （溫度可高達(dá)260℃或500℉）中的抗氧化能力，并且能減少磁滯損失。這類高硅鋼鍛件一般處理起來較為困難。
銅。它有中等的偏析趨向，達(dá)到相當(dāng)含量則有害于鋼的熱形變加工工藝。銅對于鍛焊有著負(fù)面的影響，但還不至于嚴(yán)重影響電弧焊和氧炔焊。作為對表面質(zhì)量的不利因素，銅會增加加硫鋼所原有的表面缺陷。然而當(dāng)w(Cu)超過0.20%時，會有助于提高其在大氣中的耐腐蝕性，超過該含銅量的鋼也稱之為耐候鋼。
鉻。將鉻加入鋼中，通常用于增強(qiáng)耐腐蝕性和耐氧化性、提高淬硬性、改善其高溫強(qiáng)度或增強(qiáng)高碳成分鋼的耐磨料磨損性。鉻是很強(qiáng)的碳化物形成物。復(fù)雜的鉻-鐵碳化物會緩慢地溶入奧氏體里，在鍛件淬火之前必須有足夠的加熱時間。
鉻可以作為硬化元素使用，并常與提高韌性的元素，如鎳一起使用，以此產(chǎn)生超力學(xué)性能。鉻能在較高的溫度下提髙強(qiáng)度，它一般也能與鉬一起使用，而達(dá)到同樣的目的。
鎳。當(dāng)在結(jié)構(gòu)鋼里作為合金元素使用時，它是鐵素體的強(qiáng)化劑。由于鎳并不在鋼里形成任何碳化物類的化合物，而是在鐵素體里保持溶解狀態(tài)，以此增加鐵素體相的強(qiáng)度和韌性。鎳鋼比較容易進(jìn)行熱處理，因為它能降低其臨界冷卻速率。鎳和鉻的聯(lián)合使用可生成比碳素鋼所能達(dá)到的更高的淬硬性、沖擊強(qiáng)度及耐疲勞性。鎳合金還具有超級的低溫強(qiáng)度和韌性。
鉬。鉬能增加鋼的淬硬性，并且當(dāng)要把這種淬硬性保持在規(guī)定的限度之內(nèi)時，更顯得特別有用。這種元素特別在其含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.15%-0.30%時，可以將鋼的回火脆性降低到最低限度。含有鉬的淬硬鋼必須在較高的溫度里進(jìn)行固火，以便獲得有相同的軟化效果。就把鋼的高溫抗拉強(qiáng)度和抗蠕變極限所能提高到的程度而言，鉬是獨一無二的。它延緩麩氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的能力遠(yuǎn)超過它延緩?qiáng)W氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的能力，于是貝氏體能在含鉬鋼的連續(xù)冷卻過程中生成。
釩。它是強(qiáng)的碳化物形成元素之一。它在鐵素體里的溶解達(dá)到一定裎度就能賦予強(qiáng)度和韌性。釩鋼比由相似成分而不含有釩的鋼能展現(xiàn)更細(xì)的組織。釩在淬火以前溶入奧氏體里還能提高其萍硬性，對回火產(chǎn)生二次淬火的效果，以及提高熱硬性。
鈮。少量的鈮可以提高碳素鋼的屈服強(qiáng)度，并以較小的程度提高其抗拉強(qiáng)度。加人w（Nb）為0.20%的鈮能夠?qū)⒅刑间摰那?qiáng)度提高70-100MPa(10-15ksi)。在這種強(qiáng)度提高的同時，其缺口沖擊靭度會減弱很多，除非在熱軋時采取特殊方法以細(xì)化其晶粒。熱軋過程中的晶粒細(xì)化包括特殊的形變熱處理技術(shù)，如控制軋制工藝、以低溫精軋作為最終壓制工序，以及軋制完成后的加速冷卻。
鋁。它被作為脫氧劑廣泛應(yīng)用，用于控制晶粒的大小。當(dāng)以規(guī)定的量加入鋼中時，它能控制在重新加熱過程中的奧氏體生長。在所有的元素中，鋁在淬火之前控制晶粒的大小是最有效的。鈦、鋯和釩都是有效的晶粒長大抑制劑，但是對于需要進(jìn)行熱處理（淬火和回火）的結(jié)構(gòu)牌號鋼，這三種元素會對淬硬性產(chǎn)生負(fù)面的影響，因為它們的碳化物十分穩(wěn)定，故很難在淬火之前溶解到奧氏體里面去。
硼。將其加人完全鎮(zhèn)靜鋼以改善淬硬性。硼處理鋼是按w(B)為0.0005%-0.003%的含量范圍生產(chǎn) 的。凡要用硼部分代替其他合金元素時都應(yīng)考慮這樣做僅僅是為了淬硬性，因為降低合金含量對一些用途可能是不利的。硼對于含碳讀較低的碳素鋼是最有效的。
鈦。主要用作脫氧劑，并在完全鎮(zhèn)靜鋼里抑制晶粒的生長。鈦可以加人硼鋼里，因為它易于穩(wěn)固地結(jié)合鋼中的氧和氮，以此在增加鋼的淬硬性方面提髙硼的效能。
鎢。用于提高硬度并促進(jìn)晶粒組織的細(xì)化，而且具有極佳的耐熱性。在髙溫下，鎢會形成非常硬且穩(wěn)定的碳化鎢。碳化鎢有助于防止鋼在回火過程中軟化。鎢廣泛應(yīng)用于高速工具鋼里。
鋯。它能抑制晶粒的生長并且作為脫氧劑應(yīng)用于鎮(zhèn)靜鋼里。其主要用途是在高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA) 中改善其熱軋性。溶解了的鋯還能稍微提卨其淬硬性。
鈣。有時用來對鋼進(jìn)行脫氧。在HSLA中，它有助于控制非金屬夾雜物的形狀，以此提高韌性。以鈣脫氧的鋼，一般比用硅或鋁脫氧的鋼有更好的切削性能。
鉛。它有時是在澆鑄的過程中通過機(jī)械彌散的方式加入碳素鋼和合金鋼里的，以達(dá)到改善鋼的切削特性的目的。為此，其加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般為0.15%-0.35%。
在澆鑄過程中鉛并不能溶解入鋼里，但能保持非常微小的球狀形態(tài)，以此提髙韌性和強(qiáng)度。在接近鉛熔點的溫度下，它會造成液態(tài)金屬的脆化。
氮。它能增加鋼的強(qiáng)度、硬度和切削性，但是會降低塑性和韌性。氮會在鋁鎮(zhèn)靜鋼中形成用于控制鋼的晶粒大小的氮化鋁顆粒，以改善韌性和強(qiáng)度。氮還能減小硼對鋼淬硬性的影響。
