為了改善和提高鋼的某些性能和使之獲得某些特殊性能而有意在冶煉過程中加入的元素稱為合金元素。常用的合金元素有鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、硅、錳、鋁、銅、硼、稀土等。磷、硫、氮等在某些情況下也起到合金的作用。

(1) 鉻(Cr)

鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時(shí)，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強(qiáng)性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。

鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度，降低伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。當(dāng)鉻含量超過15%時(shí)，強(qiáng)度和硬度將下降，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率則相應(yīng)地有所提高。含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。

鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要作用是提高淬透性，使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學(xué)性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。

含鉻的彈簧鋼在熱處理時(shí)不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩(wěn)定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強(qiáng)度。

（2）鎳（Ni）

鎳在鋼中強(qiáng)化鐵素體并細(xì)化珠光體，總的效果是提高強(qiáng)度，對(duì)塑性的影響不顯著。一般地講，對(duì)不需調(diào)質(zhì)處理而在軋鋼、正火或退火狀態(tài)使用的低碳鋼，一定的含鎳量能提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每增加1%的鎳約可提高強(qiáng)度29.4Pa。隨著鎳含量的增加，鋼的屈服程度比抗拉強(qiáng)度提高的快，因此含鎳鋼的比可較普通碳素鋼高。鎳在提高鋼強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)鋼的韌性、塑性以及其他工藝的性能的損害較其他合金元素的影響小。對(duì)于中碳鋼，由于鎳降低珠光體轉(zhuǎn)變溫度，使珠光體變細(xì)；又由于鎳降低共析點(diǎn)的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素鋼比，其珠光體數(shù)量較多，使含鎳的珠光體鐵素體鋼的強(qiáng)度較相同碳含量的碳素鋼高。反之，若使鋼的強(qiáng)度相同，含鎳鋼的碳含量可以適當(dāng)降低，因而能使鋼的韌性和塑性有所提。鎳可以提高鋼對(duì)疲勞的抗力和減小鋼對(duì)缺口的敏感性。鎳降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，這對(duì)低溫用鋼有極重要的意義。含鎳3.5%的鋼可在-100℃時(shí)使用，含鎳9%的鋼則可在-196℃時(shí)工作。鎳不增加鋼對(duì)蠕變的抗力，因此一般不作為熱強(qiáng)鋼的強(qiáng)化元素。

鎳含量高的鐵鎳合金，其線脹系數(shù)隨鎳含量增減而顯著變化，利用這一特性，可以設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有極低或一定線脹系數(shù)的精密合金、雙金屬材料等。

此外，鎳加入鋼中不僅能耐酸，而且也能抗堿，對(duì)大氣及鹽都有抗蝕能力，鎳是不銹耐酸鋼中的重要元素之一。

（3）鉬（Mo）

鉬在鋼中能提高淬透性和熱強(qiáng)性，防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性。

在調(diào)質(zhì)鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除（或降低）殘余應(yīng)力，提高塑性。

在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外，還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對(duì)地增加了表面層的耐磨性。

在鍛模剛中，鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度，增加對(duì)變形。開裂和磨損等的抗力。

在不銹耐酸鋼中，鉬能進(jìn)一步提高對(duì)有機(jī)酸（如蟻酸、醋酸、草酸等）以及過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、的抗蝕性。特別是由于鉬的加入，防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。

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