氫,、硼、氮等n種元素對鋼鐵性能的影響,！
H是一般鋼中最有害的元素,，鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷,。氫與氧,、氮一樣，在固態(tài)鋼中溶解度極小,，在高溫時溶入鋼液,，冷卻時來不及逸出而積聚在組織中形成高壓細(xì)微氣孔，使鋼的塑性,、韌度和疲勞強(qiáng)度急劇降低,，嚴(yán)重時會造成裂紋、脆斷,?！皻浯唷敝饕霈F(xiàn)在馬氏體鋼中，在鐵氧體鋼中不十分突出,，一般與硬度和含碳量一起增加,。
另一方面，H能提高鋼的磁導(dǎo)率,，但也會使矯頑力和鐵損增加（加H后矯頑力可增大0.5～2倍）,。
B在鋼中的主要作用是增加鋼的淬透性，從而節(jié)約其他較稀貴的金屬,，與鎳,、鉻、鉬等,。為了這一目的,，其含量一般規(guī)定在0.001%～0.005%范圍內(nèi)。它可以代替1.6%的鎳,、0.3%的鉻或0.2%的鉬,，以硼代鉬應(yīng)注意，因鉬能防止或降低回火脆性,，而硼卻略有促進(jìn)回火脆性的傾向,，所以不能用硼將鉬完全代替。
中碳碳素鋼中加硼,，由于提高了淬透性,，可使厚20mm以上的鋼材調(diào)質(zhì)后性能大為改善，因此，可用40B和40MnB鋼代替40Cr,，可用20Mn2TiB鋼代替20CrMnTi滲碳鋼,。但由于硼的作用隨鋼中碳的含量的增加而減弱，甚至消失,，在選用含硼滲碳鋼時,，必須考慮到零件滲碳后，滲碳層的淬透性將低于芯部的淬透性的這一特點,。
彈簧鋼一般要求完全淬透,，通常彈簧面積不大，采用含硼鋼有利,。對高硅彈簧鋼硼的作用波動較大,，不便采用。
硼和氮及氧有強(qiáng)的親和力,，沸騰鋼中加入0.007%的硼,，可以消除鋼的時效現(xiàn)象。
C是僅次于鐵的主要元素,，它直接影響鋼材的強(qiáng)度,、塑性、韌性和焊接性能等,。
當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時,，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高,，而塑性和韌性降低,；但當(dāng)含碳量在1.0%以上時，隨著含碳量的增加,，鋼材的強(qiáng)度反而下降,。
隨著含碳量的增加，鋼材的焊接性能變差（含碳量大于0.3%的鋼材,，可焊性顯著下降），冷脆性和時效敏感性增大,，耐大氣銹蝕性下降,。
N對鋼材性能的影響與碳、磷相似,，隨著氮含量的增加,，可使鋼材的強(qiáng)度顯著提高，塑性特別是韌性也顯著降低,，可焊性變差,，冷脆性加劇；同時增加時效傾向及冷脆性和熱脆性,，損壞鋼的焊接性能及冷彎性能,。因此，應(yīng)該盡量減小和限制鋼中的含氮量,。一般規(guī)定氮含量應(yīng)不高于0.018%,。
氮在鋁、鈮,、釩等元素的配合下可以減少其不利影響,，改善鋼材性能，可作為低合金鋼的合金元素使用,。有些牌號的不銹鋼,，適當(dāng)增加N的含量，可以減少Cr的使用量,，可以有效降低成本,。
O在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進(jìn)入鋼中的,，盡管在煉鋼末期要加入錳,、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧,，但不可能除盡,。鋼水凝固期間，溶液中氧和碳反應(yīng)會生成一氧化碳,，可以造成氣泡,。氧在鋼中主要以FeO、MnO,、SiO2,、Al2O3等夾雜形式存在，使鋼的強(qiáng)度,、塑性降低,。尤其是對疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響,。
氧會使硅鋼中鐵損增大,，磁導(dǎo)率及磁感強(qiáng)度減弱，磁時效作用加劇,。
鎂能使鋼中夾雜物數(shù)量減少,、尺寸減小、分布均勻,、形態(tài)改善等,。微量鎂能改善軸承鋼的碳化物尺寸及分布，含鎂軸承鋼的碳化物顆粒細(xì)小均勻。當(dāng)鎂含量為0.002%～0.003% ,其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加5%以上,，塑性基本保持不變,。
鋁作為脫氧劑或合金化元素加入鋼中，鋁脫氧能力比硅,、錳強(qiáng)得多,。鋁在鋼中的主要作用是細(xì)化晶粒、固定鋼中的氮,，從而顯著提高鋼的沖擊韌性,，降低冷脆傾向和時效傾向性。如D級碳素結(jié)構(gòu)鋼要求鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%,，深沖壓用冷軋薄鋼板08AL要求鋼中酸溶鋁含量為0.015%―0.065%,。
鋁還可提高鋼的抗腐蝕性能，特別是與鉬,、銅,、硅、鉻等元素配合使用時,，效果更好,。
鉻鉬鋼和鉻鋼中含Al可增加其耐磨性。高碳工具鋼中Al的存在可使產(chǎn)生淬火脆性,。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能,、焊接性能和切削加工性能。
Si是煉鋼過程中重要的還原劑和脫氧劑：對于碳鋼中的很多材質(zhì)來說,，都含有0.5%以下的Si,，這些Si一般是由于煉鋼過程中作為還原劑和脫氧劑而帶入的。
硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度,，其作用僅次于磷,，較錳、鎳,、鉻,、鎢、鉬,、釩等元素強(qiáng),。但含硅量超過3%時，將顯著降低鋼的塑性和韌性,。硅能提高鋼的彈性極限,、屈服強(qiáng)度和屈服比（σs/σb）,，以及疲勞強(qiáng)度和疲勞比（σ-1/σb）等,。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。
硅能降低鋼的密度、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率,。能促使鐵素體晶粒粗化,，降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向,，使磁化容易,，磁阻減小，可用來生產(chǎn)電工用鋼,，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低,。硅能提高鐵素體的導(dǎo)磁率，使鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強(qiáng)度,。但在強(qiáng)磁場下硅降低鋼的磁感強(qiáng)度,。硅因有強(qiáng)的脫氧力，從而減少了鐵的磁時效作用,。
含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時,，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性,。
硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長,，降低塑性。硅鋼若加熱時冷卻較快,，由于熱導(dǎo)率低,，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂,。
硅能降低鋼的焊接性能,。因為與氧的結(jié)合能力硅比鐵強(qiáng)，在焊接時容易生成低熔點的硅酸鹽,，增加熔渣和融化金屬的流動性,，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量,。硅是良好的脫氧劑,。用鋁脫氧時酌情加一定量的硅，能顯著提高率的脫氧性,。硅在鋼中本來就有一定的殘存,，這是由于煉鐵煉鋼時作為原料帶入的。在沸騰鋼中,，硅限制在<0.07%,，有意加入時，則在煉鋼時加入硅鐵合金,。
P是由礦石帶入鋼中的,，一般說磷也是有害元素,。磷雖能使鋼材的強(qiáng)度、硬度增高,，但引起塑性,、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時,，它使鋼材顯著變脆,，這種現(xiàn)象稱"冷脆"。冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞,，含磷愈高,，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴(yán),。高級優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%,；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%,。
P的固溶強(qiáng)化及冷作硬化作用很好,，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,，改善切削性,，增加回火脆性及冷脆敏感性。
磷可提高比電阻,，且由于容易粗晶而可使矯頑力和渦流損失降低,，于磁感而言，則在弱中磁場下磷含量高的鋼磁感會提高,，含P硅鋼的熱加工也并不困難,，但由于它會使硅鋼具冷脆性，含量≯0.15%（如冷軋電機(jī)用硅鋼含P=0.07～0.10%）,。
磷是強(qiáng)化鐵素體作用最強(qiáng)的元素,。（P對硅鋼再結(jié)晶溫度和晶粒長大的影響將超過同等硅含量作用的4～5倍。）
硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭,。它是鋼中的一種有害元素,。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)eS和Fe形成低熔點(985℃)化合物,。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上,，所以當(dāng)鋼材熱加工時，由于FeS化合物的過早熔化而導(dǎo)致工件開裂,，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”,。降低鋼的延展性和韌性,，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。高級優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%,；優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%,；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。
由于其切屑發(fā)脆而可得到非常光澤的表面,，所以可用于制要求負(fù)荷不大而具高表面光潔度的鋼制件（名為快削鋼）,，（如Cr14）有意加進(jìn)少量的硫（=0.2～0.4%）。 某些高速鋼工具鋼進(jìn)行硫化表面,。
鉀/鈉可作為變質(zhì)劑使白口鐵中碳化物團(tuán)球化,，使白口鐵（以及萊氏體鋼）)在保持原有硬度的條件下, 韌性提高二倍以上；使球墨鑄鐵的組織細(xì)化,、蠕鐵的處理過程穩(wěn)定化,；是強(qiáng)烈的促進(jìn)奧氏體化的元素，例如,，它可使奧氏體錳鋼的錳/碳比從10:1~13:1降至4:1~5:1,。
鋼中加鈣能細(xì)化晶粒，部分脫硫,，并改變非金屬夾雜物的成分,、數(shù)量和形態(tài)。與鋼中加稀土的作用基本相似,。
改善鋼的耐蝕性,、耐磨性、耐高溫和低溫性能,；提高了鋼的沖擊韌性,、疲勞強(qiáng)度、塑性和焊接性能,；增加了鋼的冷鐓性,、防震性、硬度和接觸持久強(qiáng)度,。
鑄鋼中加鈣使鋼水流動性大為提高,；鑄件表面光潔度得到改善, 鑄件中組織的各向異性得以消除；其鑄造性能,、抗熱裂性能,、機(jī)械性能和切削加工性能均有不同程度的增加。
鋼中加鈣能改善抗氫致裂紋性能和抗層狀撕裂性能,，可延長設(shè)備,、工具的使用
壽命,。鈣加入母合金中可用作脫氧劑和孕育劑，并起微合金化作用,。
鈦和氮,、氧、碳都有極強(qiáng)的親和力,，與硫的親和力比鐵強(qiáng),，是一種良好的脫氧去氣劑和固定氮和碳的有效元素。鈦雖然是強(qiáng)碳化物形成元素,，但不和其他元素聯(lián)合形成復(fù)合化合物,。碳化鈦結(jié)合力強(qiáng)，穩(wěn)定,，不易分解,，在鋼中只有加熱到1000℃以上才能緩慢地溶入固溶體中。
在未溶入之前,，碳化鈦微粒有阻止晶粒長大的作用,。由于鈦和碳之間的親和力遠(yuǎn)大于鉻和碳之間的親和力，在不銹鋼中常用鈦來固定其中的碳以消除鉻在晶界處的貧化,，從而消除或減輕鋼的晶間腐蝕,。
鈦也是強(qiáng)鐵氧體形成元素之一，強(qiáng)烈的提高了鋼的A1和A3溫度,。鈦在普通低合金鋼中能提高塑性和韌性,。由于鈦固定了氮和硫并形成碳化鈦，提高了鋼的強(qiáng)度,。經(jīng)正火使晶粒細(xì)化,，析出形成碳化物可使鋼的塑性和沖擊韌性得到顯著改善，含鈦的合金結(jié)構(gòu)鋼,，有良好的力學(xué)性能和工藝性能,，主要缺點是淬透性稍差。
在高鉻不銹鋼中通常需加入約5倍碳含量的鈦,，不但能提高鋼的抗蝕性（主要是抗晶間腐蝕）和韌性,；還能組織鋼在高溫時的晶粒長大傾向和改善鋼的焊接性能。
釩和碳、氨,、氧有極強(qiáng)的親和力,，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細(xì)化鋼的組織和晶粒,，降低鋼的強(qiáng)度和韌性,。當(dāng)在高溫溶入固溶體時,，增加淬透性；反之,，如以碳化物形式存在時,，降低淬透性,。釩增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性,，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng),。鋼中的含釩量,，除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%,。
釩在普通低碳合金鋼中能細(xì)化晶粒，提高正火后的強(qiáng)度和屈服比及低溫特性,，改善鋼的焊接性能,。
釩在合金結(jié)構(gòu)鋼中由于在一般熱處理條件下會降低淬透性,，故在結(jié)構(gòu)鋼中常和錳,、鉻,、鉬以及鎢等元素聯(lián)合使用,。釩在調(diào)質(zhì)鋼中主要是提高鋼的強(qiáng)度和屈服比,，細(xì)化晶粒,，撿的過熱敏感性,。在滲碳鋼中因能細(xì)化晶粒，可使鋼在滲碳后直接淬火,，不需二次淬火。
釩在彈簧鋼和軸承鋼中能提高強(qiáng)度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限,，降低熱處理時脫碳敏感性，從而提高了表面質(zhì)量,。五鉻含釩的軸承鋼，碳化彌散度高,，使用性能良好。
釩在工具鋼中細(xì)化晶粒,，降低過熱敏感性,，增加回火穩(wěn)定性和耐磨性,，從而延長了工具的使用壽命。
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,，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,，降低伸長率和斷面收縮率。當(dāng)鉻含量超過15%時,，強(qiáng)度和硬度將下降,，伸長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,。
Mn能提高鋼材強(qiáng)度：由于Mn價格相對便宜，且能與Fe無限固溶,，在提高鋼材強(qiáng)度的同時,，對塑性的影響相對較小。因此,，錳被廣泛用于鋼中的強(qiáng)化元素,。可以說,，基本上所有碳鋼中,，都含有Mn。我們常見的沖壓軟鋼,，雙相鋼(DP鋼)，相變誘導(dǎo)塑性鋼(TR鋼),，馬氏體鋼(MS鋼),，都含有錳元素。一般,，軟鋼中的Mn含量不會超過0.5%,；高強(qiáng)鋼中的Mn含量會隨著強(qiáng)度級別的升高而升高,，例如馬氏體鋼,，錳含量可高達(dá)3%,。
Mn提高鋼的淬透性,，改善鋼的熱加工性能：比較典型的例子是40Mn和40號鋼。
Mn能消除S（硫）的影響：Mn在鋼鐵冶煉中可與S形成高熔點的MnS,，進(jìn)而消弱和消除S的不良影響,。
但是,，Mn的含量也是一把雙刃劍,。Mn含量并不是越高越好,。錳含量的增高，會降低鋼的塑性以及焊接性能,。
鈷多用于特殊的鋼和合金中,，含鈷的高速鋼有高的高溫硬度,，與鉬同時加入馬氏體時效鋼中可以獲得超高硬度和良好綜合力學(xué)性能,。此外，鈷在熱強(qiáng)鋼和磁性材料中也是重要的合金元素,。
鈷降低鋼的淬透性，因此,，單獨加入碳素鋼中會降低調(diào)質(zhì)后的綜合力學(xué)性能。鈷能強(qiáng)化鐵素體,，加入碳素鋼中,，在退火或正火狀態(tài)下能提高鋼的硬度、屈服點和抗拉強(qiáng)度,，對伸長率和斷面收縮率有不利的影響,，沖擊韌性也隨著鈷含量的增加而降低,。由于鈷具有抗氧化性能,，在耐熱鋼和耐熱合金中得到應(yīng)用。鈷基合金燃?xì)鉁u輪中更顯示了它特有的作用,。
鎳的有益作用是：高的強(qiáng)度,、高的韌性和良好的淬透性,、高電阻、高的耐腐蝕性,。
一方面既強(qiáng)烈提高鋼的強(qiáng)度,，另方面又始終使鐵的韌性保持極高的水平。其變脆溫度則極低,。（當(dāng)鎳＜0.3%時,，其變脆溫度即達(dá)‐100℃以下，當(dāng)Ni量增高時,，約4～5%,，其變脆溫度競可降至‐180℃。所以能同時提高淬火結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和塑性,。含Ni=3.5%,，無Cr鋼可空淬，含Ni=8%的Cr鋼在很小冷速下也可轉(zhuǎn)變?yōu)镸體,。
Ni的晶格常數(shù)與γ‐鐵相近,，所以可成連續(xù)固溶體。這就有利于提高鋼的淬硬性,，Ni可降低臨界點并增加奧氏體的穩(wěn)定性,，所以其淬火溫度可降低，淬透性好,。一般大斷面的厚重件都用加Ni鋼,。當(dāng)它同Cr、W或Cr,、Mo結(jié)合的時候,，淬透性尤可增高。鎳鉬鋼還具有很高的疲勞極限,。（Ni鋼有良好的耐熱疲勞性,，工作在冷熱反復(fù)。σ,、αk高）
在不銹鋼中用Ni,，是為了使鋼具有均勻的A體組織，以改善耐蝕性,。有Ni鋼一般不易過熱,，所以它可阻止高溫時晶粒的增長，仍可保持細(xì)晶粒組織,。
銅在鋼中的突出作用是改善普通低合金鋼的抗大氣腐蝕性能,，特別是和磷配合使用時,，加入銅還能提高鋼的強(qiáng)度和屈服比，而對焊接性能沒有不利的影響,。含銅0.20%～0.50%的鋼軌鋼（U-Cu）,，除耐磨外其耐腐蝕壽命為一般碳素鋼軌的2-5倍。
銅含量超過0.75%時,，經(jīng)固溶處理和時效后,，可產(chǎn)生時效強(qiáng)化作用。含量低時,，其作用與鎳相似,，但較弱。含量較高時,，對熱變形加工不利,，在熱變形加工時導(dǎo)致銅脆現(xiàn)象。2%～3%銅在奧氏體不銹鋼中可以對硫酸,、磷酸及鹽酸等抗腐蝕性能及對應(yīng)力腐蝕的穩(wěn)定性,。