鋼本質上是鐵和碳與某些附加元素合金。 合金化過程用於改變鋼的化學成分並改善其性能，或調整它們以滿足特定應用的要求。
鋼合金劑的優點：
不同的合金元素各自對鋼的性能有各自的影響。 通過合金化可以改善的一些特性包括：
- 穩定奧氏體 ： 鎳 ， 錳 ， 鈷和銅等元素會增加奧氏體存在的溫度範圍。
- 穩定鐵素體 ： 鉻 ， 鎢 ， 鉬 ，釩， 鋁和矽可以降低碳在奧氏體中的溶解度。 這導致鋼中碳化物量的增加並降低奧氏體存在的溫度範圍。
- 碳化物成形 ：許多次要金屬，包括鉻 ，鎢，鉬， 鈦 ，鈮，鉭和鋯，形成堅固的碳化物 - 鋼中 - 增加硬度和強度。 這種鋼通常用於製造高速鋼和熱作模具鋼。
- 石墨化 ：矽，鎳，鈷和鋁可降低鋼中碳化物的穩定性，促進它們的分解和游離石墨的形成。
- 共析物濃度的降低 ：鈦，鉬，鎢，矽，鉻和鎳均降低了碳的共析濃度。
- 提高耐腐蝕性 ：鋁，矽和鉻在鋼表面形成保護性氧化層，從而保護金屬在某些環境下不會進一步惡化。
常用鋼合金劑：
下面列出了常用的合金元素及其對鋼材的影響（括號中的標準含量）：
- 鋁 （0.95-1.30％）：脫氧劑。 用於限制奧氏體晶粒的生長。
- 硼 （0.001-0.003％）：改善變形性和機械加工性的淬透性劑。 硼被添加到完全殺死的鋼中，只需要添加非常少量的硬化劑就可以了。 添加硼在低碳鋼中最為有效。
- 鉻 （0.5-18％）：不銹鋼的關鍵組成部分。 鉻含量超過12％時，鉻顯著提高耐腐蝕性。 該金屬還提高了淬透性，強度， 熱處理響應和耐磨性。
- 鈷 ：提高高溫下的強度和磁導率。
- 銅 （0.1-0.4％）：通常作為鋼中的殘餘劑發現，還添加銅以產生沉澱硬化性能並增加耐腐蝕性。
- 鉛 ：雖然實際上不溶於液態或固態鋼，但為了改善機械加工性，有時會在澆注時通過機械分散將鉛添加到碳鋼中。
- 錳 （0.25-13％）：通過消除鐵硫化物的形成而增加高溫下的強度。 錳還改善了淬透性， 延展性和耐磨性。 像鎳一樣，錳是一種奧氏體形成元素，可用於AISI 200系列奧氏體不銹鋼作為鎳的替代品。
- 鉬 （0.2-5.0％）：少量存在於不銹鋼中，鉬增加淬透性和強度，特別是在高溫下。 鉬常用於鉻鎳奧氏體鋼中，可防止氯化物和硫化學物質引起的點蝕。
- 鎳 （2-20％）：另一種對不銹鋼至關重要的合金元素，鎳的添加量高於8％，適用於高鉻不銹鋼。 鎳增加了強度，衝擊強度和韌性，同時還提高了抗氧化和腐蝕性。 少量添加時，它在低溫下也能增加韌性。
- 鈮 ：具有通過形成硬質碳化物來穩定碳的好處，因此常常在高溫鋼中發現。 少量的鈮可顯著提高鋼的屈服強度，並在較小程度上提高鋼的抗拉強度，並且具有適度的沉澱強化該效應。
- 氮 ：提高不銹鋼的奧氏體穩定性，並提高這種鋼的屈服強度。
- 磷：磷通常與硫一起添加，以提高低合金鋼的機械加工性。 它還增加了強度並增加了耐腐蝕性。
- 硒 ：提高機械加工性。
- 矽 （0.2-2.0％）：這種準金屬提高了強度，彈性，耐酸性，並導致較大的晶粒尺寸，從而導致更大的磁導率。 由於矽用於生產鋼中的脫氧劑，因此在所有等級的鋼中幾乎都會發現一定比例的矽。
- 硫 （0.08-0.15％）：少量添加硫可提高機械加工性而不會導致熱脆性。 隨著錳的加入，由於硫化錳具有比硫化鐵更高的熔點，因此熱脆性進一步降低。
- 鈦 ：提高強度和耐腐蝕性，同時限制奧氏體晶粒尺寸。 鈦含量為0.25-0.60％時，碳與鈦結合，使鉻保留在晶界處並抵抗氧化。
- 鎢 ：產生穩定的碳化物並細化晶粒尺寸以增加硬度，特別是在高溫下。
- 釩 （0.15％）：與鈦和鈮一樣，釩可以產生穩定的碳化物，從而提高高溫下的強度。 通過促進細晶粒結構，可以保持延展性。
- 鋯 （0.1％）：增加強度並限制晶粒尺寸。 在非常低的溫度下（低於冰點），強度可以顯著提高。 包括高達約0.1％含量的鋯的鋼將具有更小的晶粒尺寸並且抗斷裂。
來源：子公司。 物質和技術。 合金元素對鋼的性能影響。 （www.substech.com）Chase合金。 合金元素在鋼中的作用。 （www.chasealloys.co.uk）
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