钢本质上是铁和碳与某些附加元素的合金。合金化过程用于改变钢的化学成分，改善其性能，或调整其以满足特定应用的要求。

在合金化过程中，金属结合在一起形成新的结构，提供更高的强度、更少的腐蚀或其他性能。不锈钢是添加铬的合金钢的一个例子。

钢合金化剂的益处

不同的合金元素或添加剂对钢的性能有不同的影响。可通过合金化改善的一些性能包括：

• 稳定奥氏体：镍、锰、钴和铜等元素会增加奥氏体存在的温度范围。
• 稳定铁素体：铬、钨、钼、钒、铝和硅有助于降低碳在奥氏体中的溶解度。这导致钢中碳化物数量增加，并降低奥氏体存在的温度范围。
• 碳化物形成：许多次要金属，包括铬、钨、钼、钛、铌、钽和锆，产生强碳化物，从而增加钢的硬度和强度。这些钢通常用于制造高速钢和热作业工具钢。
• 石墨化：硅、镍、钴和铝会降低钢中碳化物的稳定性，促进其分解和自由石墨的形成。

在需要降低共析浓度的应用中，添加钛、钼、钨、硅、铬和镍。这些元素都降低了钢中碳的共析浓度。

许多钢应用要求提高耐腐蚀性。为了达到这个效果，铝、硅和铬被合金化。它们在钢表面形成一层保护性氧化层，从而保护金属在某些环境中不会进一步变质。

普通钢合金化剂

以下是常用合金元素及其对钢的影响列表（括号中的标准含量）：

• 铝（0.95-1.30%）：脱氧剂。用于限制奥氏体晶粒的生长。
• 硼（0.001-0.003%）：一种改善变形性和机械加工性的淬透性剂。硼被添加到完全镇静钢中，只需添加少量硼即可达到硬化效果。在低碳钢中添加硼最有效。
• 铬（0.5-18%）：不锈钢的关键成分。当铬含量超过12%时，铬显著提高了耐蚀性。这种金属还提高了淬透性、强度、热处理反应性和耐磨性。
• 钴：提高高温强度和磁导率。
• 铜（0.1-0.4%）：通常在钢中作为残留剂发现，铜也被添加以产生沉淀硬化性能并提高耐腐蚀性。
• 铅：虽然铅实际上不溶于液态或固态钢，但有时在浇注过程中通过机械分散的方式将铅添加到碳钢中，以提高可加工性。
• 锰（0.25-13%）：通过消除铁硫化物的形成，提高高温下的强度。锰还能提高淬透性、延展性和耐磨性。与镍一样，锰是奥氏体形成元素，可在AISI 200系列奥氏体不锈钢中用作镍的替代品。
• 钼（0.2-5.0%）：少量存在于不锈钢中，钼可提高淬透性和强度，尤其是在高温下。钼通常用于铬镍奥氏体钢，可防止氯化物和硫化学品引起的点蚀。
• 镍（2-20%）：另一种对不锈钢至关重要的合金元素，镍以超过8%的含量添加到高铬不锈钢中。镍增加了强度、冲击强度和韧性，同时也提高了抗氧化性和耐腐蚀性。当添加少量时，它还可以提高低温下的韧性。
• 铌：通过形成硬质碳化物来稳定碳，通常存在于高温钢中。少量铌可显著提高钢的屈服强度，在较小程度上提高钢的抗拉强度，并具有适度的沉淀强化效果。
• 氮：增加不锈钢的奥氏体稳定性，提高不锈钢的屈服强度。
• 磷：磷通常与硫一起添加，以改善低合金钢的机械加工性能。它还增加了强度和耐腐蚀性。
• 硒：增加可加工性。
• 硅（0.2-2.0%）：这种非金属材料提高了强度、弹性和耐酸性，并导致更大的晶粒尺寸，从而导致更大的磁导率。因为硅在钢铁生产中用作脱氧剂，所以几乎在所有等级的钢中都会发现一定比例的硅。
• 硫（0.08-0.15%）：少量添加，硫可提高可加工性，而不会导致热短缩。随着锰的加入，由于硫化锰的熔点高于硫化铁，热脆性进一步降低。
• 钛：提高强度和耐腐蚀性，同时限制奥氏体晶粒尺寸。当钛含量为0.25-0.60%时，碳和钛结合，使铬保留在晶界并抵抗氧化。
• 钨：产生稳定的碳化物，细化晶粒，以增加硬度，特别是在高温下。
• 钒（0.15%）：与钛和铌一样，钒可以生成稳定的碳化物，在高温下提高强度。通过促进细晶粒结构，可保持延展性。
• 锆（0.1%）：提高强度并限制晶粒尺寸。在非常低的温度（低于冰点）下，强度可以显著提高。含锆量高达0.1%的钢将具有更小的晶粒尺寸和抗断裂性能。