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碳。這是鋼里最重要的單一合金元素。它對于滲碳體（和其他碳化物）、珠光體、球狀滲碳體（鐵素體基體中的一種球狀碳化物的集合體）、貝氏體和鐵-碳馬氏體的形成是必不可少的。由上述一種或多種組分構成的顯微組織能提供范圍很廣的力學性能和加工特性。通過熱處理可以控制這些元素的相對含量及其分布，并以此改變特定鋼工件的顯微組織以及其性能。大多數的鋼鐵冶金技術都應用于鐵碳合金的不同組織及其轉變上，可以說許多其他元素很大程度也只是在 其鐵-碳系統上發揮作用。
假定將具有各不相同的顯微組織的鋼種進行比較，它們的強度和硬度隨含碳量的增加而提高，而韌性和塑性卻隨含碳量的增加而降低（其加工性、焊接性和切削性也應含碳量的增加而變差）。含碳量對力學性能的影響。隨著鋼的含碳量增加并達到w(C)最大值約為0.6%,其鐵-碳馬氏體的硬度也因含碳量的增加而提高。含碳量的增加還會提高其淬硬性。
成品鍛件所要求的含碳量決定了煉制得到的鋼的型號。沸騰鋼含碳量的增加會使其表面質量下降。w（C）約為0.15%-0.30%的鎮靜鋼的表面質量比較差，它要求特殊的工藝才能獲得與比上 述含碳最更髙或更低的鋼相似的表面質量。碳具有中等的偏析趨勢，碳的偏析往往比其他元素的偏析更為顯著。
錳。通常所有市場供應的鋼材里都含有錳。在鋼的冶煉中，錳是很重要的，因為它用于對鋼液進行脫碳，并且適合鋼的熱形變加工以降低其對熱脆性的敏感度。錳還能與硫生成硫化錳的細脈，以此可改善鋼的切削性能。它有利于強度和硬度的提高，但其程度不如碳，而且提高的量取決于含碳量。錳對提高鋼的淬硬性有很大的效果。
錳對于產生宏觀偏析的作用小于任何一種常用元素。w（Mn）超過0.60%的鋼很難進行沸騰。錳還有益于提高所有各種含碳量的鋼的表面質童（除了特別低碳的沸騰鋼以外）。
硅。它是煉鋼用的主要脫氧劑之一。它在鋼中的含量不一定在化學成分的規范中注明，而是取決于產品所規定的脫氧工藝。沸騰鋼和壓蓋鋼含有最低限度的硅含量，Si)通常低于0.05%。全鎮靜 鋼為脫氧，一般u;(Si)為0.15%~0.30%,如果還含有其他脫氧劑，則鋼中的硅含量可以減少。硅僅有很少的偏析可能。低碳鋼里的硅一般不利于表面質量，而且這種情況對于低碳加硫牌號的鋼來說，更為明顯。
硅能夠稍微提高一些鐵素體的強度，但不會引起塑性的大幅度下降。較高的含硅量可以增加鋼在空氣 （溫度可高達260℃或500℉）中的抗氧化能力，并且能減少磁滯損失。這類高硅鋼鍛件一般處理起來較為困難。
銅。它有中等的偏析趨向，達到相當含量則有害于鋼的熱形變加工工藝。銅對于鍛焊有著負面的影響，但還不至于嚴重影響電弧焊和氧炔焊。作為對表面質量的不利因素，銅會增加加硫鋼所原有的表面缺陷。然而當w(Cu)超過0.20%時，會有助于提高其在大氣中的耐腐蝕性，超過該含銅量的鋼也稱之為耐候鋼。
鉻。將鉻加入鋼中，通常用于增強耐腐蝕性和耐氧化性、提高淬硬性、改善其高溫強度或增強高碳成分鋼的耐磨料磨損性。鉻是很強的碳化物形成物。復雜的鉻-鐵碳化物會緩慢地溶入奧氏體里，在鍛件淬火之前必須有足夠的加熱時間。
鉻可以作為硬化元素使用，并常與提高韌性的元素，如鎳一起使用，以此產生超力學性能。鉻能在較高的溫度下提髙強度，它一般也能與鉬一起使用，而達到同樣的目的。
鎳。當在結構鋼里作為合金元素使用時，它是鐵素體的強化劑。由于鎳并不在鋼里形成任何碳化物類的化合物，而是在鐵素體里保持溶解狀態，以此增加鐵素體相的強度和韌性。鎳鋼比較容易進行熱處理，因為它能降低其臨界冷卻速率。鎳和鉻的聯合使用可生成比碳素鋼所能達到的更高的淬硬性、沖擊強度及耐疲勞性。鎳合金還具有超級的低溫強度和韌性。
鉬。鉬能增加鋼的淬硬性，并且當要把這種淬硬性保持在規定的限度之內時，更顯得特別有用。這種元素特別在其含量（質量分數）為0.15%-0.30%時，可以將鋼的回火脆性降低到最低限度。含有鉬的淬硬鋼必須在較高的溫度里進行固火，以便獲得有相同的軟化效果。就把鋼的高溫抗拉強度和抗蠕變極限所能提高到的程度而言，鉬是獨一無二的。它延緩麩氏體轉變為鐵素體的能力遠超過它延緩奧氏體轉變為貝氏體的能力，于是貝氏體能在含鉬鋼的連續冷卻過程中生成。
釩。它是強的碳化物形成元素之一。它在鐵素體里的溶解達到一定裎度就能賦予強度和韌性。釩鋼比由相似成分而不含有釩的鋼能展現更細的組織。釩在淬火以前溶入奧氏體里還能提高其萍硬性，對回火產生二次淬火的效果，以及提高熱硬性。
鈮。少量的鈮可以提高碳素鋼的屈服強度，并以較小的程度提高其抗拉強度。加人w（Nb）為0.20%的鈮能夠將中碳鋼的屈服強度提高70-100MPa(10-15ksi)。在這種強度提高的同時，其缺口沖擊靭度會減弱很多，除非在熱軋時采取特殊方法以細化其晶粒。熱軋過程中的晶粒細化包括特殊的形變熱處理技術，如控制軋制工藝、以低溫精軋作為最終壓制工序，以及軋制完成后的加速冷卻。
鋁。它被作為脫氧劑廣泛應用，用于控制晶粒的大小。當以規定的量加入鋼中時，它能控制在重新加熱過程中的奧氏體生長。在所有的元素中，鋁在淬火之前控制晶粒的大小是最有效的。鈦、鋯和釩都是有效的晶粒長大抑制劑，但是對于需要進行熱處理（淬火和回火）的結構牌號鋼，這三種元素會對淬硬性產生負面的影響，因為它們的碳化物十分穩定，故很難在淬火之前溶解到奧氏體里面去。
硼。將其加人完全鎮靜鋼以改善淬硬性。硼處理鋼是按w(B)為0.0005%-0.003%的含量范圍生產 的。凡要用硼部分代替其他合金元素時都應考慮這樣做僅僅是為了淬硬性，因為降低合金含量對一些用途可能是不利的。硼對于含碳讀較低的碳素鋼是最有效的。
鈦。主要用作脫氧劑，并在完全鎮靜鋼里抑制晶粒的生長。鈦可以加人硼鋼里，因為它易于穩固地結合鋼中的氧和氮，以此在增加鋼的淬硬性方面提髙硼的效能。
鎢。用于提高硬度并促進晶粒組織的細化，而且具有極佳的耐熱性。在髙溫下，鎢會形成非常硬且穩定的碳化鎢。碳化鎢有助于防止鋼在回火過程中軟化。鎢廣泛應用于高速工具鋼里。
鋯。它能抑制晶粒的生長并且作為脫氧劑應用于鎮靜鋼里。其主要用途是在高強度低合金鋼（HSLA) 中改善其熱軋性。溶解了的鋯還能稍微提卨其淬硬性。
鈣。有時用來對鋼進行脫氧。在HSLA中，它有助于控制非金屬夾雜物的形狀，以此提高韌性。以鈣脫氧的鋼，一般比用硅或鋁脫氧的鋼有更好的切削性能。
鉛。它有時是在澆鑄的過程中通過機械彌散的方式加入碳素鋼和合金鋼里的，以達到改善鋼的切削特性的目的。為此，其加入量（質量分數）一般為0.15%-0.35%。
在澆鑄過程中鉛并不能溶解入鋼里，但能保持非常微小的球狀形態，以此提髙韌性和強度。在接近鉛熔點的溫度下，它會造成液態金屬的脆化。
氮。它能增加鋼的強度、硬度和切削性，但是會降低塑性和韌性。氮會在鋁鎮靜鋼中形成用于控制鋼的晶粒大小的氮化鋁顆粒，以改善韌性和強度。氮還能減小硼對鋼淬硬性的影響。
