合金元素在合金鋼管中的作用
   1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)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(shí)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(zhèn)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(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0－1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15－20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)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，具有的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)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(shí)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(qiáng)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(diǎn)高40%。含錳11－14%的鋼有的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)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(yōu)質(zhì)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(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕档湍透g性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)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(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)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(qiáng)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(yīng)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(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)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(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)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(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。
　　10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。
　　12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)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(xiàn)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(qiáng)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(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當(dāng)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(xì)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(diǎn)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(qiáng)度。
　　17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。
　　18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)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(xí)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(tài)、分布和性質(zhì)，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。鋼鐵材料中主要元素及其對組織和性能的影響
元素符號 對組織的影響 對性能的影響
Al 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為36%及0.6%，不形成碳化物，但與氮及氧親和力 主要用來脫氧和細(xì)化晶粒。在滲碳鋼中促使形成堅(jiān)硬耐蝕的滲碳層。含量高時(shí)，賦予鋼高溫抗氧化及耐氧化性介質(zhì)、H2S氣體的腐蝕作用。固溶強(qiáng)化作用大。在耐熱合金中，與鎳形成γ′相（Ni3Al），從而提高其熱強(qiáng)性。有促使石墨化傾向，對淬透性影響不顯著
As 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈，作用與磷相似，在鋼中偏析嚴(yán)重 含量不超過0.2%時(shí)，對鋼的一般力學(xué)性能影響不大，但增加回火脆性敏感性
B 縮小γ相區(qū)，但因形成Fe2B，不形成γ相圈。在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.008%及0.02% 微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成，從而延長奧氏體的孕育期，提高鋼的淬透性。但隨鋼中碳含量的增加，此種作用逐漸減弱以至消失
C 擴(kuò)大γ相區(qū)，但因滲碳體的形成，不能無限固溶。在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為0.02%及2.1% 隨含量的增加，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，但降低其塑性和韌性
Co 無限固溶于γ鐵，在α鐵中的溶解度為76%。非碳化物形成元素 有固溶強(qiáng)化作用，賦予鋼紅硬性，改善鋼的高溫性能和抗氧化及耐蝕的能力，為超硬高速鋼及高溫合金的重要合金化元素。提高鋼的MS點(diǎn)，降低鋼的淬透性
Cr 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈，在α鐵中無限固溶，在γ鐵中的最大溶解度為12.5%，中等碳化物形成元素，隨鉻含量的增加，可形成（Fe，Cr）3C，（Cr ，F(xiàn)e）7C3，（Cr ，F(xiàn)e）23C6等碳化物 增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，提高高碳鋼的耐磨性。含量超過12%時(shí)，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用，并增加鋼的熱強(qiáng)性。為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素。含量高時(shí)，易發(fā)生σ和475℃脆性
Cu 擴(kuò)大γ相區(qū)，但不無限固溶；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約2%或8.5%。在724℃及700℃時(shí)，在α鐵中的溶解度劇降至0.68%及0.52% 當(dāng)含量超過0.75%時(shí)，經(jīng)固溶處理和時(shí)效后可產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。含量低時(shí)，其作用與鎳相似，但較弱。含量較高時(shí)，對熱變形加工不利，如超過0.30%，在氧化氣氛中加熱，由于選擇性氧化作用，在表面將形成一富銅層，在高溫熔化并侵蝕鋼表面層的晶粒邊界，在熱變形加工時(shí)導(dǎo)致高溫銅脆現(xiàn)象。如鋼中同時(shí)含有超過銅含量1/3的鎳，則可避免此種銅脆的發(fā)生，如用于鑄鋼件則無上述弊病。在低碳低合金鋼中，特別與磷同時(shí)存在時(shí)，可提高鋼的抗大氣腐蝕性能。Cu2%～3%在奧氏體不銹鋼中可提高其對硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性
H 擴(kuò)大γ相區(qū)，在奧氏體中的溶解度遠(yuǎn)大于在鐵素體中的溶解度；而在鐵素體中的溶解度也隨溫度的下降而劇減 氫易使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)等不允許有的缺陷，也是導(dǎo)致焊縫熱影響區(qū)中發(fā)生冷裂的重要因素。因此，應(yīng)采取一切可能的措施降低鋼中的氫含量
Mn 擴(kuò)大γ相區(qū)，形成無限固溶體。對鐵素體及奧氏體均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。為弱碳化物形成元素，進(jìn)入滲碳體替代部分鐵原子，形成合金滲碳體 與硫形成熔點(diǎn)較高的MnS，可防止因FeS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象。降低鋼的下臨界點(diǎn)，增加奧氏體冷卻時(shí)的過冷度，細(xì)化珠光體組織以改善其機(jī)械性能，為低合金鋼的重要合金化元素之一，并為無鎳及少鎳奧氏體鋼的主要奧氏體化元素。提高鋼的淬透性的作用強(qiáng)，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向
Mo 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈，在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約4%及37.5%。強(qiáng)碳化物形成元素 阻抑奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的能力，從而提高鋼的淬透性，并為貝氏體高強(qiáng)度鋼的重要合金化元素之一。含量約0.5%時(shí)，能降低或抑止其他合金元素導(dǎo)致的回火脆性。在較高回火溫度下，形成彌漫分布的特殊碳化物，有二次硬化作用。提高鋼的熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度，含Mo2%～3%能增加耐蝕鋼抗有機(jī)酸及還原性介質(zhì)腐蝕的能力
N 擴(kuò)大γ相區(qū)，但由于形成氮化鐵而不能無限固溶；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約0.1%及2.8%。不形成碳化物，氮與鋼中其他合金元素形成氮化物，如TiN，VN，AlN等 有固溶強(qiáng)化和提高淬透性的作用，但均不太顯著。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高溫強(qiáng)度，從而增加鋼的蠕變強(qiáng)度。在奧氏體鋼中，可以取代一部分鎳。與鋼中其他元素化合，有沉淀硬化作用；對鋼抗腐蝕性能的影響不顯著，但鋼表面滲氮后，不僅增加其硬度和耐磨性能，也顯著改善其抗蝕性。在低碳鋼中，殘余氮會導(dǎo)致時(shí)效脆性
Nb 縮小γ相區(qū)，但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為1.8%及2.0%。強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素 部分元素進(jìn)入固溶體，固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)。固溶于奧氏體時(shí)，顯著提高鋼的淬透性；但以碳化物及氧化物微細(xì)顆粒形態(tài)存在時(shí)，卻細(xì)化晶粒并降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩(wěn)定性，有二次硬化作用。微量鈮可以在不影響鋼的塑性或韌性的情況下，提高鋼的強(qiáng)度。由于細(xì)化晶粒的作用，提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉(zhuǎn)折溫度。當(dāng)含量大于碳含量的8倍時(shí)，幾乎可以固定鋼中所有的碳，使鋼具有很好的抗氫性能；在奧氏體鋼中，可以防止氧化介質(zhì)對鋼的晶間腐蝕。由于固定鋼中的碳和沉淀硬化作用，可以提高熱強(qiáng)鋼的高溫性能，如蠕變強(qiáng)度等
Ni 擴(kuò)大γ相區(qū)，形成無限固溶體，在α鐵中的最大溶解度約10%。不形成碳化物 固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用中等。細(xì)化鐵素體晶粒，在強(qiáng)度相同的條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低溫韌性。為主要奧氏體形成元素并改善鋼的耐蝕性能。與鉻、鉬等聯(lián)合使用，提高鋼的熱強(qiáng)性和耐蝕性，為熱強(qiáng)鋼及奧氏體不銹耐酸鋼的主要合金元素之一
O 縮小γ相區(qū)，但由于氧化鐵的形成，不形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為0.03%及0.003% 固溶于鋼中的數(shù)量極少，所以對鋼性能的影響并不顯著。超過溶解度部分的氧以各種夾雜的形式存在，對鋼塑性及韌性不利
P 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別為2.8%及0.25%。不形成碳化物，但含量高時(shí)易形成Fe3P 固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用；與銅聯(lián)合使用，提高低合金高強(qiáng)度鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能。與硫錳聯(lián)合使用，增加鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴(yán)重。增加鋼的回火脆性及冷脆敏感性
Pb 基本上不溶于鋼中 含量在0.2%左右并以極微小的顆粒存在時(shí)，能在不顯著影響其他性能的前提下，改善鋼的被切削性
RE 包括元素周期表ⅢB族中鑭系元素及釔和鈧，共17個(gè)元素。它們都縮小γ相區(qū)，除鑭外，都由于中間化合物的形成而不形成γ相圈；它們在鐵中的溶解度都很低，如鈰和釹的溶解度都不超過0.5%。它們在鋼中，半數(shù)以上進(jìn)入碳化物中，小部分進(jìn)入夾雜物中，其余部分存在于固溶體中。它們和氧、硫、磷、氮、氫的親和力很強(qiáng)，和砷、銻、鉛、鉍、錫等也都能形成熔點(diǎn)較高的化合物 有脫氣、脫硫和消除其他有害雜質(zhì)的作用。還改善夾雜物的形態(tài)和分布，改善鋼的鑄態(tài)組織，從而提高鋼的質(zhì)量。0.2%的稀土加入量可以提高鋼的抗氧化性、高溫強(qiáng)度及蠕變強(qiáng)度；也可以較大幅度地提高不銹耐酸鋼的耐蝕性
S 縮小γ相區(qū)，因有FeS的形成，未能形成γ相圈。在鐵中溶解度很小，主要以硫化物的形式存在 提高硫和錳的含量，可以改善鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴(yán)重，惡化鋼的質(zhì)量。如以熔點(diǎn)較低的FeS的形式存在時(shí)，將導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象。為了防止因硫?qū)е碌臒岽鄳?yīng)有足夠的錳，使形成熔點(diǎn)較高的MnS。硫含量偏高，焊接時(shí)由于SO2的產(chǎn)生，將在焊縫金屬內(nèi)形成氣孔和疏松
Si 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的溶解度分別為18.5%及2.15%。不形成碳化物 為常用的脫氧劑。對鐵素體的固溶強(qiáng)化作用僅次于磷，提高鋼的電阻率，降低磁滯損耗，對磁導(dǎo)率也有所改善，為硅鋼片的主要合金化元素。提高鋼的淬透性和抗回火性，對鋼的綜合力學(xué)性能，特別是彈性極限有利。還可增強(qiáng)鋼在自然條件下的耐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強(qiáng)度鋼中常用的合金元素。含量較高時(shí)，對鋼的焊接性不利，因焊接時(shí)飛濺較嚴(yán)重，有損焊縫質(zhì)量，并易導(dǎo)致冷脆；對中高碳鋼回火時(shí)易產(chǎn)生石墨化
Ti 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵及γ鐵中的最大溶解度分別約為7%及0.75%，系的碳化物形成元素，與氮的親和力也 固溶狀態(tài)時(shí)，固溶強(qiáng)化作用，但同時(shí)降低固溶體的韌性。固溶于奧氏體中提高鋼淬透性的作用很強(qiáng)，但化合鈦，由于其細(xì)微顆粒形成新相的晶核從而促進(jìn)奧氏體分解，降低鋼的淬透性。提高鋼的回火穩(wěn)定性，并有二次硬化作用。含量高時(shí)析出彌散分布的拉氏相TiFe2，而產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化作用。提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性，如蠕變和持久強(qiáng)度。在高鎳含鋁合金中形成γ′相〔Ni3（Al，Ti）〕，彌散析出，提高合金的熱強(qiáng)性，有防止和減輕不銹耐酸鋼晶間和應(yīng)力腐蝕的作用。由于細(xì)化晶粒和固定碳，對鋼的焊接性有利
V 縮小γ相區(qū)，形成γ相圈；在α鐵中無限固溶，在γ鐵中的最大溶解度約1.35%。強(qiáng)碳化物及氮化物形成元素 固溶于奧氏體中可提高鋼的淬透性；但以化合物狀態(tài)存在的釩，由于這類化合物的細(xì)小顆粒形成新相的晶核，將降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩(wěn)定性并有強(qiáng)烈的二次硬化作用。有細(xì)化晶粒作用，所以對低溫沖擊韌度有利。碳化釩是金屬碳化物中最硬最耐磨的，可提高工具鋼的使用壽命。釩通過細(xì)小碳化物顆粒的彌散分布可以提高鋼的蠕變和持久強(qiáng)度。釩、碳含量比大于5.7時(shí)可防止或減輕介質(zhì)對不銹耐酸鋼的晶間腐蝕，并大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力，但對鋼高溫抗氧化不利 .