常用合金元素的作用

1、钢的分类

1.1 一般分类 碳钢也叫碳素钢，含炭量 WC 小于 2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有 少量的硅、锰、硫、磷 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切 削结构钢三类。碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种 按含碳量 可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）, 中碳钢

（WC0.25%——0.6%）和高碳钢 （WC>0。6%） 。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量 ＜5％） ，中合金钢（含量 5％～10％） ，高合金钢（含量＞10％） ；按质量分为优 质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐 磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、 永磁钢、无磁钢）等。

2、钢中合金元素分类

2.1 根据各种元素在钢中形成碳化物的倾向，可分为三类： 强碳化物形成元素，如钒、钛、铌、锆等。 这类元素只要有足够的碳，在 适当的条件下， 就形成各自的碳化物; 仅在缺碳或高温的条件下, 才以原子状态进 入固溶体中。 碳化物形成元素，如锰、铬、钨、钼等。这类元素一部分以原子状态进入固 溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体, 如(Fe，Mn)3C 、(Fe，Cr)3C 等, 如果 含量超过一定限度（除锰以外） ，又将形成各自的碳化物, 如(Fe，Cr)7C3、(Fe， W)6C 等。 不形成碳化物元素，如硅、铝、铜、镍、钴等。这类元素一般以原子状态存 在于奥氏体、铁素体等固溶体中。合金元素中一些比较活泼的元素，如铝、锰、 硅、钛、锆等，极易和钢中的氧和氮化合，形成稳定的氧化物和氮化物，一般以 夹杂物的形态存在于钢中。锰、锆等元素也和硫形成硫化物夹杂。钢中含有足够 数量的镍、钛、铝、钼等元素时能形成不同类型的金属间化合物。有的合金元素 如铜、铅等，如果含量超过它在钢中的溶解度，则以较纯的金属相存在。

2.2 钢中主要合金元素

主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、 硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的 碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子 状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态 进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形 成碳化物元素， 一般以原子状态存在于固溶体中。

现分别说明它们在钢中的作用。

碳（C ） ： 是对钢的性能影响最大的基本元素，是决定钢力学性能的主要因素。不同的 碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同 的。一般说来，随着钢中碳含量的增加，屈服点和抗拉强度升高，碳钢在热轧状 态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内（碳含量小于 0.80％ 时） ，碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高；超过共析 范围后（当碳含量大于 0.80％时） ，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到 随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的

耐蚀性降低，在露天 料场的高碳钢就易锈蚀； 同时碳也使碳钢的焊接性能变坏， 当碳量 0.23%超过时， 钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过 0.20%； 碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性使冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。扩大以 γ 相区， 但因渗碳体的形成， 不能无限互溶。 在以及 γ 铁中的最大溶解度为 0.02% 和 2.11%。

硅（Si ） 在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂， 所以在沸腾钢中， 含硅量很低， 镇 静钢含有 0.15－0.30%的硅， 如果钢中含硅量超过 0.50-0.60%,硅就算合金元素。 硅能增大钢液的流动性。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广 泛用于作弹簧钢。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可 制造耐热钢。硅的质量分数为 15％一 20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含 有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层 SiO2 薄膜，从而提高钢在高 温时的抗氧化性。含硅 1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽 钢片。硅能固溶于铁素体和奥氏体中，能提高钢的硬度和强度。在普通碳钢中硅 含量不超过 0.40％，这时对力学性能影响不大。当硅含量继续增加时，钢的强 度指标，特别是屈服点有明显提高，在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度 可提高 15－20%，但塑性及韧性降低，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著 降低。 硅能显著提高钢的弹性极限、 屈服强度和屈服比以及疲劳强度和疲劳比等。 此外，硅还能提高钢的脆性转变温度，因而在低温用钢中应控制它的含量。硅量 增加，会降低钢的焊接性能。 缩小 γ 相区， 形成 γ 相圈； α 铁以及 γ 铁中的最大溶解度分别为 18.5% 在 和

2.15%，不形成碳化物。 为常用脱氧剂，对铁素体的固溶强化作用仅次于磷，提高钢的电阻率，降低 磁滞损耗，对磁导率也有所改善，为硅钢片的主要合金化元素。提高钢的淬透性 和抗回火性，对钢的综合力学性能，特别是弹性极限有利。还可以增强钢在自然 条件下的耐腐蚀性。 为弹簧钢和低合金高强度钢中常用的合金元素， 含量较高时， 对钢的焊接性不利，因焊接时飞溅严重，有损焊缝质量，并易导致冷脆，对中高 碳钢回火时易产生石墨化。

锰（Mn ） 在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，锰作为脱氧除硫的元素加入到 钢中的。 对于镇静钢来说， 锰可以提高硅和铝的脱氧效果， 可以同硫形成硫化锰， 相当程度上降低硫在钢中的危害。锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高 钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。因此，精炼过程 中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。在一般碳钢中，锰含量在 0.70％以下，对钢的性能影响不大，量加入在 0.70%以上时就算“锰钢” ，锰含 量增加到 1％～2％时，可使强度提高、塑性降低。在耐热钢中锰还可提高钢的 高温强度，作用与镍相似。锰对钢的高温瞬时强度虽有所提高，但对持久强度和 蠕变强度没有什么显著的作用。提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。含锰 11 －14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰对提高低碳和 中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进 晶粒长大的作用，因此

锰钢对过热较敏感，在热处理工艺上必须注意。这种缺点 可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服：⑧当锰的质量分数超过 1％时， 会使钢的焊接性能变坏，④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 扩大 γ 相区，形成无限固溶体，对铁素体及 A 均有较强的固溶强化作用， 为弱碳化物形成元素，进入渗碳体代替部分铁原子，形成合金渗碳体。 与硫形成熔点较高的硫化锰，可防止因硫化亚铁而导致的热脆现象。降低钢 的下临界点，增加 A 冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其机械性能，为低 合金钢的重要合金化元素之一，并为无镍及少镍 A 钢的主要 A 化元素。提高钢的 淬透性的作用强，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利倾向。

磷（P ） 它来源于矿石和生铁等炼钢原料。一般来说，磷是钢中的有害元素。因此通 常要求钢中含磷量小于 0.045%，优质钢要求更低些。它使焊接性能变坏；特别 是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低温变脆） ，使冷弯性能 变坏，磷能提高钢的强度，但降低塑性和韧性；由于磷的有害影响，同时考虑到 磷有较大的偏析，因而对其含量要严格的控制。但是在含碳量比较低的钢种中， 磷的冷脆危害比较小。在这种情况下，可以用磷来提高钢的强度，如生产的高强 度 IF 钢就需要加入磷。另外，在适当的情况下，还利用磷的其他一些有益作用， 如增加钢的抗大气腐蚀能力，如集装箱用钢；提高磁性，如电工硅钢；改善钢材 的易切削加工性，减少热轧薄板的粘结等。

硫（S ） 他主要来自于炼铁、 炼钢时加入的原材料和燃烧产物， 二氧化硫。 一般来说， 硫是有害元素，硫最大的为危害是引起钢在热加工时开裂，即产生所谓的热脆， 降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低 耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于 0.040%。在钢中 加入 0.08-0.20%的硫，能提高钢材的切削加工性，通常称易切削钢，这是硫的 有益作用。

铝（Al ） 铝是钢中常用的脱氧剂。用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，提高冲击韧 性，如作深冲薄板的 08Al 钢。抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特 别是降低了钢的脆性转变温度；提高钢的抗氧化性能。曾对铁铝合金的抗氧化性 进行了较多的研究；4％AI 即可改变氧化皮的结构，加入 6％A1 可使钢在 980C 以下具有抗氧化性。当铝和铬配合并用时，其抗氧化性能有更大的提高。例如， 含铁 50％一 55％、铬 30％一 35％、铝 10％一 15％的合金，在 1 400C 高温时， 仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一作用，常把铝作为合金元素加入耐热钢 中。铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。此 外，铝还能提高对硫化氢和 V2O5 的抗腐蚀性。 缺点： ①脱氧时如用铝量过多， 将促进钢的石墨化倾向。 ②当含铝较高时． 其 高温强度和韧性较低。是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

铬（Cr ） 在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性 和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合 金元素。在钢中的作用： （1）铬可提高钢的强度和硬度。 （2）铬

可提高钢的高温 机械性能。 （3）使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性 （4）阻止石墨化（5）提 高淬透性。 缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。

镍（Ni ） 镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。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。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其 他合金元素代用镍铬钢。 在钢中的作用（1）可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 （2）镍可降低钢 的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。 （3）改善钢的加工性和可焊性。 （4） 镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。

钼（Mo ） 钼对铁素体有固溶强化的作用，同时也提高碳化物的稳定性，因此对钢的强 度产生有利的影响。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 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性。在冷冲模具钢中加入钼能改善韧 性。在热锻模具钢中加入钼能使锻模保持比较稳定的硬度。在调质钢中加入 0.2O％～O.30％的钼，不仅可以提高钢的淬透性，从而提高钢的强度和延展性， 而且可以减轻或消除因其他合金元素导致的回火脆性而大大有利于提高钢的冲 击韧性。钼是提高钢热强性最有效的合金元素之一，还能强烈地提高钢中铁素体 对蠕变的抗力。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(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变) 。 在钢中的作用（1）钼对铁素体有固溶强化作用。 （2）提高钢热强性（3）抗 氢侵蚀的作用。 （4）提高钢的淬透性。缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金 钼钢发生石墨化的倾向。

钨（W ） 钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和 耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 单一含钨的结构钢的性能与碳钢相比无多大改善，当钨与其他元素合用时，可细 化晶粒，降低回火脆性，从而提高钢的强度。高合金钨钢（如高速钢）由于含有 大量共晶碳化物，塑性低。钨能增大铁的自扩散活化能，显著提高钢的再结晶温 度，因此也能提高钢在高温时对蠕变的抗力。 在钢中的作用(1) 提高强度（2）提高钢的高温强度。 （3）提高钢的抗氢性 能。 （4）是使钢具有热硬性。

钒（V ） 钒对钢力学性能的影响主要取决于它在钢中存在的形态。对于退火的低碳 钢，如含量低、固溶于铁素体时，将略增加钢的强度，并稍降低塑性和韧性；如 以聚集的碳化物存在时，因固定了一部分碳，反而降低钢的强度。对于中碳钢， 无论在退火、正火或调质状态，钒除提高钢的强度外，还改善钢的塑性和韧性。 在弹簧钢中，与铬或锰配合使用，增加钢的弹性极限，并改善冶金质量。少量的 钒使钢晶粒细化，韧性增加，这对低温用钢是很重要的一项特性。但钒含量不宜 过高，因为 V C 在晶内的弥散析出将导致钢韧性的降低。与此相反，在高温时， 钒虽细化晶粒，不利于钢的蠕变性能，但由于 V C 经适当的热处理后可以高度 弥散地析出，均匀分布在晶粒内部的结晶面上，又不易聚集成

较大的颗粒，将增 加钢的高温持久强度和对蠕变的抗力， 降低高温蠕变速度。 钒与碳形成的碳化物， 在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性 能

钛(Ti)： 钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感 性和冷脆性。改善焊接性能。在铬 18 镍 9 奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避 免晶间腐蚀。 钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度； （金 属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象， 叫金属的蠕变） 。能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳 定性高达 600℃以上。在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现 象。因此，钛是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一

铌（Nb ） 铌和碳、氮、氧都有极强的结合力，并与之形成相应的极为稳定的化合物， 因而能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有 所下降。有极好的抗氢性能，在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温 下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止 晶间腐蚀现象。铌能提高钢的热强性。

铜（Cu ） 铜是奥氏体形成元素。作用有：改善耐蚀能力，低碳钢含铜 1％，抵抗大气 腐蚀较不含铜的高出 4 倍；不锈钢中加铜 3－4％，也有帮助不锈钢防蚀作用。 可以增加钢的强度，不宜超过 0.2％，借助沉淀硬化来提高合金的抗拉强度；铜 在那些不发生沉淀硬化的钢中能够轻微的提高屈服强度。 在碳钢中它提高淬透性 并降低延展性。 提高钢的深冲性能， 0Cr18Ni9Cu3， 如 可以做成各种耐蚀的铆钉。 作为强化元素加入，如 0Cr17Ni4Cu4Nb（17－4PH ） ，15－5PH ，起到沉淀硬化的 作用。在抗菌不锈钢中加入，特殊处理后，析出相有较好的杀菌作用。缺点是在 热加工时容易产生热脆，铜含量超过 0.5%塑性显著降低。当铜含量小于 0.50% 对焊接性无影响。铜有石墨化作用。

钴(Co)： 钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 硼（B ） 钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度，提高钢的淬 透性。提高钢的高温强度。强化晶界的作用。

锆（Zr ）抑制奥氏体晶粒长、控制硫化物的形态、提高横向冲击韧性，改善 钢材的焊接性能 等。

稀土(Xt)： 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。这些元素 都是金属，但他们的氧化物很象“土” ，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可 以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧 性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。 氮（N ） ： 钢中的氮来自炉料、冶炼、浇铸时钢液也会从炉气和大气中吸收氮。氮引起 碳钢的淬火时效和形变时效，从而对碳钢的性能发生显著的影响。由于氮的时效 作用，钢的硬度、强度固然提高，但是塑性和韧性降低，特别是在形变时效的情 况下，塑性和韧性的降低比较显著。因此，对于普通低合金钢来说，

时效现象是 有害的，因而氮是有害元素。但对于一些细晶粒钢以及含钒、铌钢，由于氮化物 的强化细化晶粒作用，氮成为有益元素。另外，作为合金元素，氮在不锈耐酸钢 中得到应用，此外，氮化处理方法能使机器零件获得极好的综合力学性能，从而 使零件的使用寿命延长。氮能提高焊接性，增加时效敏感性。 （时效硬化就是钢 材在热处理后的放置过程中内部组织发生变化， 通常是第二相的析出导致的钢材 在放置后比放置前变硬的现象，通常有室温时效和人工时效两种，两者的区别是 时效温度的不同）

氢（H ） ： 钢中的氢是由锈蚀含水的炉料或从含有水蒸气的炉气中吸收的。 氢对钢的危 害是很大的。 一是引起氢脆， 即在低于钢材极限应力的作用下， 经一定的时间后， 在无任何预兆的情况下突然断裂，往往造成灾难性的后果。二是导致钢材内部产 生大量细微裂纹缺陷——白点，在钢材纵端面上呈光滑的银白的斑点，在酸洗后 的端面上呈较多的发丝状裂纹，白点使钢材的延伸率显著下降，尤其是端面收缩 率和冲击韧性降低得更多， 有时可能接近于零值。 因此具有白点的钢是不能用的， 这类缺陷主要发生在合金钢中。

氧（O ）及其他非金属夹杂物： 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 FeO、 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的基体的连续性，在静载荷和动载荷的情况下 往往成为裂纹的起点。 这些非金属夹杂物的各种状态不同程度的影响到钢的各种 性能，尤其是对于钢的塑性、韧性、疲劳强度和抗腐蚀性等危害很大。因此，对 于非金属夹杂物应严格控制。

3、钢中合金元素作用

大量的生产实践表明，钢的组织对钢性能的影响起着决定性的作用，而钢的 组织又主要取决于它的化学成分和加工的生产工艺过程以及相应的热处理状态。 此外，还与钢中气体和非金属夹杂物的含量及其他的冶金缺陷有关。 按照合金元素对钢的相变点影响, 大致可以归纳为以下三个方面： ①改变相变点温度。一般来说，扩大γ相(奥氏体) 区的元素，如锰、镍、碳、 氮、 铜、 锌等, 使 A3 点温度降低,A4 点温度升高; 相反, 缩小γ相区的元素， 如锆、 硼、硅、磷、钛、钒、钼、钨、铌等, 则使 A3 点温度升高，A4 点温度降低。惟 有钴使 A3 和 A4 点温度均升高。铬的作用比较特殊, 含铬量小于 7％时使 A3 点温 度降低, 大于 7％时则使 A3 点温度提高。

②改变共析点 S 的位置。缩小γ相区的元素，均使共析点 S 温度升高；扩大 γ相区的元素, 则相反。此外几乎所有合金元素均降低共析点 S 的含碳量，使 S 点向左移。不过碳化物形成元素如钒、钛、铌等（也包括钨、钼） ，在含量高至 一定限度以后, 则使 S 点向右移。

③改变γ相区的形状、大小和位置。这种影响较为复杂，一般在合金元素含 量较高时，能使之发生显著改变。例如镍或锰含量高时，可使γ相区扩展至室温 以下，使钢成为单相的奥氏体组织；而硅或铬含量高时，则可使γ相区缩得很小 甚至完全消失，使钢在任何温度下都是铁素体组织。 钢加热时的主要固态相变是

非奥氏体相向奥氏体相的转变， 即奥氏体化的过 程。整个过程都和碳的扩散有关。合金元素中，非碳化物形成元素如镍、钴等， 降低碳在奥氏体中的激活能，增加奥氏形成的速度；而强碳化物形成元素如钒、 钛、钨等，强烈妨碍碳在钢中的扩散，显著减慢奥氏体化的过程。钢冷却时的相 变是指过冷奥氏体的分解，包括珠光体转变（共析分解） 、贝氏体相变及马氏体 相变。由于钢中大都存在几种合金元素的相互作用，致使对钢冷却时相变的影响 也复杂得多。仅举合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线的影响为例，大多数合金 元素，除钴和铝外，均起减缓奥氏体等温分解的作用，但各类元素所起的作用有 所不同。不形成碳化物的（如硅、磷、镍、铜）和少量的碳化物形成元素（如钒、 钛、钼、钨） ，对奥氏体到向珠光体的转变和向贝氏体的转变的影响差异不大， 因而使转变曲线向右推移。 碳化物形成元素（如钒、钛、铬、钼、钨）如果含量较多，将使奥氏体向珠 光体的转变显著推迟，但对奥氏体向贝氏体的转变的推迟并不显著，因而使这两 种转变的等温转变曲线从“鼻子”处分离，而形成两个 C 形。当这类元素增加 到一定程度时，在这两个转变区域的中间还将出现过冷奥氏体的亚稳定区。合金 元素对马氏体转变温度 Ms (起始转变温度) 和 Mn (终了转变温度) 的影响也很显 著，大部分元素均使 Ms 和 Mn 点降低，其中以碳的影响最大, 其次为锰、钒、铬 等；但钴和铝则使 Ms 和 Mn 点升高。

对钢的晶粒度和淬透性的影响 影响奥氏体晶粒度的因素很多。钢的脱氧和 合金化情况均与“奥氏体本质晶粒度”有关。一般来说, 一些不形成碳化物的元 素, 如镍、硅、铜、钴等, 阻止奥氏体晶粒长大的作用较弱, 而锰、磷则有促进晶 粒长大的倾向。碳化物形成元素如钨、钼、铬等，对阻止奥氏体晶粒长大起中等 作用。强碳化物形成元素如钒、钛、铌、锆等，强烈地阻止奥氏体晶粒长大，起 细化晶粒作用。铝虽然属于不形成碳化物元素，但却是细化晶粒和控制晶粒开始 粗化温度的最常用的元素。 钢的淬透性（见淬火）高低主要取决于化学成分和晶粒度。除钴和铝等元素 外， 大部分合金元素溶入固溶体后都不同程度地抑制过冷奥氏体向珠光体和贝氏 体的相变，增加获得马氏体组织的数量，即提高钢的淬透性。一些碳化物形成元 素，如钒、钛、锆、钨等，如果形成碳化物而固定了钢中的碳，反而会降低淬透 性，易使晶粒粗化的元素如锰，能提高淬透性；使晶粒细化的元素如铝，则降低 淬透性。硼是显著影响淬透性的元素，合金钢中即使只含十万分之一的硼，也能 显著提高钢的淬透性。 但硼的这种影响仅对低、 中碳钢有效， 对高碳钢完全无效。

对钢的力学性能和回火性能的影响 钢的性能取决于铁的固溶体和碳化物各 自性能以及它们相对分布的状态。合金元素对钢的力学性能的影响也与此有关。 固溶于铁素体中的合金元素，起固溶强化作用，使强度和硬度提高，但同时使韧 性和塑性相对地降低。其中以磷和硅的固溶强化作用最显著，而硅对韧性的影响 也最严重。少量的锰、铬或镍，反而对铁素体的韧性有一定提高。

调质钢的韧性－脆性转变温度是评价力学性能的一项重要指标。 ①提高转变 温度的元素有 B、P 、C 、Si 、Cu 、Mo 、Cr ；②降低转变温度的元素有 Ni、Mn ； ③

少量时提高、多量时降低转变温度的元素有 Ti、V;④少量时降低、多量时提 高转变温度的元素有 Al。

合金钢的回火稳定性比碳素钢好， 这是由于合金元素在回火时阻碍了钢中原 子的扩散，因而在同样温度下，起到延迟马氏体分解和抗回火软化的作用。对合 金钢的回火稳定性影响比较显著的为：钒、钨、钛、铬、钼、钴、硅等元素；影 响不明显的为：铝、锰、镍等元素。可以看到，碳化物形成元素，对回火软化的 延迟作用特别显著。钴和硅虽属不形成碳化物元素，但它们对渗碳体晶核的形成 和长大，有强烈的延迟作用，因此，也有延迟回火软化的作用。各种合金元素对 回火脆性影响的程度是不同的。定性地说，锰、铬、氮、磷、钒、铜、镍等均有 促进回火脆性的倾向。钼的作用较特殊，它加入已有回火脆性的合金钢（例如含 锰、铬等）中，能显著地降低回火脆性倾向；若单独加入普通碳素钢中，则成为 促进回火脆性倾向的元素。钨的作用与钼相似，但对回火脆性的影响尚未十分确 定。

对钢的焊接性和被切削性的影响 焊接性和被切削性是衡量钢的工艺性能好 坏的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均对钢的焊接性不利。因为在焊缝热 影响区靠近熔合线一侧冷却时易形成马氏体等硬脆组织，有导致开裂的危险。另 一方面，热影响区靠近熔合线处的晶粒因受高热容易粗化，因此，合金钢中含有 可使晶粒细化的元素如钛、钒等是有益的。硅含量高，焊接时会发生严重喷溅。 硫含量高容易产生热裂，同时会逸出二氧化硫气体，在焊接金属内形成气孔和疏 松。磷含量高容易导致冷裂。 钢中加入适量的硫、铅等元素可改善钢的被切削性（见易切削钢） 。合金钢 中的合金元素一般会使钢的硬度增加，因而增高切削抗力，加剧刀具磨损。通过 改变钢的基体组织、夹杂物的种类、数量和形状可以影响钢的被切削性。

对钢的 耐蚀性能的影响 铬是不锈耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。合金钢中含铬量若 达到 12％左右，在钢的表面便形成致密的铬的氧化物，使钢在氧化性介质中的 耐蚀性发生突变而大大提高。铬、铝、硅等元素，能提高钢的抗氧化性和抗高温 气体的腐蚀性能，但过量的铝和硅则会使钢的热塑性变坏。镍主要用来形成和稳 定奥氏体组织，使钢获得良好的力学性能、耐蚀性能和工艺性能。钼能使不锈耐 酸钢很快钝化，提高对含有氯离子的溶液及其他非氧化性介质的耐蚀能力。钛、 铌通常用来固定合金钢中的碳，使它生成稳定的碳化物，以减轻碳对合金钢耐蚀 性能的有害作用。铜和磷配合使用时，可提高钢的耐大气腐蚀性能。