钢的合金化：铁素体的形核和长大过程中的作用相互叠加，推迟过冷奥氏体的珠光体和先共析铁素体转变更为显著。

影响

对贝氏体转变的影响贝氏体转变是一种半扩散转变，由板条状贝氏铁素体加分散分布的细小碳化物组成，它的形成主要取决于碳的扩散。碳化物形成元素钒、钨、钼、铬等减慢碳的扩散，奥氏体形成元素镍、锰降低贝氏体转变临界点(Bs点)，减小相变驱动力。这两者都减慢贝氏体转变，增长孕育期。合金元素对Bs点的影响关系为：Bs=830-370C-90Mn-37Ni-70Cr-83Mo，℃式中各元素化学符号表示钢中各元素的质量分数。由于各合金元素对珠光体转变和贝氏体转变影响不同，因而合金钢的过冷奥氏体转变C曲线分离成各自独立的珠光体转变C曲线和贝氏体转变C曲线。

对马氏体转变的影响马氏体转变是一种无扩散转变，它承袭了奥氏体的化学成分、原子序态和晶体缺陷。合金元素对马氏体转变开始温度Ms点和终了温度Mf点，马氏体形态和微观结构均有很大影响。碳最强烈降低钢的Ms点，其次是锰、铬和镍，再次是钒、钨、钼、硅等，而钴和铝提高Ms点。1％合金元素对钢的Ms点的影响见表1。合金元素降低Ms点主要是合金元素降低奥氏体的自由能或升高马氏体的自由能。升高Ms的作用则相反。在低合金钢中合金元素对Ms点温度的影响用下式表示：

表1 1％合金元素对钢Ms点和残留奥氏体增量的影响

Ms=539-423C-30.4Mn-17.2Ni-12.1Cr-7.5Mo

式中各元素化学符号为相应元素在钢中的质量分数，随钢中合金元素增加，Ms点温度不断下降，在室温下保留更多的残留奥氏体，直到Ms点低于室温，得到全部奥氏体组织。

钢中合金元素使Ms点温度不断下降时，马氏体的形貌和微观结构将发生变化。低碳合金钢中马氏体的金相形貌呈片状，微观上是具有位错亚结构的板条马氏体。高碳高合金钢中马氏体的金相形貌是针状，微观上是具有孪晶亚结构的针状马氏体。

对过冷奥氏体恒温转变曲线的影响合金元素的影响综合表现在合金元素对过冷奥氏体恒温转变曲线上。碳化物形成元素(钒、钛、铌、钨、钼)强烈推迟珠光体转变，对贝氏体转变推迟较少，同时升高珠光体转变温度范围，降低贝氏体转变温度Bs点，使两个转变的C曲线分开，出现两个独立的C曲线。较弱的碳化物形成元素(铬、锰)都有强烈推迟珠光体和贝氏体转变，而推迟贝氏体转变作用更强烈，其过冷奥氏体恒温转变曲线也出现两个独立的C曲线。非碳化物形成元素硅和铝都推迟两种转变，对贝氏体转变推迟作用更显著。非碳化物形成元素镍推迟珠光体转变作用大于推迟贝氏体转变。低镍含量钢与碳钢相似，只出现珠光体和贝氏体转变相重叠的一个C曲线，高镍含量钢中珠光体转变被抑制，仅在500℃以下出现贝氏体转变。晶界偏聚元素磷、硼和稀土也推迟珠光体转变，对过冷奥氏体恒温转变曲线的形状影响不大。

对淬火钢回火时转变的影响合金元素都具有不同程度地提高淬火钢抗回火的稳定性和延迟回火时转变的作用。对马氏体分解，碳从马氏体中以碳化物析出过程起阻碍作用的有碳化物形成元素钒、钨、钼和铬，非碳化物形成元素硅、铝和磷。它们阻碍碳从固溶态析出和渗碳体的形成。当钒、钨和钼高时，回火马氏体组织可保持到550℃以上。含硅和铝时，回火马氏体组织可保持到350℃以上，有力地阻碍ε一碳化物转变为渗碳体。回火温度升高，碳化物形成元素将在渗碳体中富集，非碳化物形成元素将离开渗碳体，它们作用的温度取决于各自在钢中显著扩散的温度，硅高于300℃，锰高于350℃，铬在400～450℃，钼高于500℃，钨和钒在550～550℃。同时还将析出合金碳化物。合金碳化物的析出有3种不同形式：(1)直接由固溶体中析出，如强碳化物形成元素钛、铌、钒直接析出弥散的Tic、NbC、VC，并产生次生强化；(2)向渗碳体中富集，超过其溶解度后由合金渗碳体在原位转变成合金碳化物，如铬先在(Fe，Cr)₃C中富集，超过浓度限25％后，(Fe，Cr)₃C在原位转变成(Cr，Fe)₇C₃或(Cr，Fe)₂₃C₆，并保持较粗的颗粒，没有次生强化作用；(3)混合型。先向渗碳体中富集，形成合金渗碳体，同时又从固溶体中直接析出合金碳化物，如含钨或钼钢回火时一方面富集于渗碳体形成(Fe，W)₃C或(Fe，Mo)₃C，同时又直接由固溶体中析出W₂C或Mo₂C，并产生次生硬化。

淬火钢在回火时，将发生基体α相的回复和再结晶。碳钢中α相高于400℃开始回复过程，500℃开始再结晶，镍对这两过程没有影响，硅和锰稍提高α相的再结晶温度，钴、钨、钼、铬和钒都提高其再结晶温度，2％Co可把α相再结晶温度提高到630℃，1％～2％Cr，Mo，W可把这温度提高到650℃，0.1％C、0.50％V钢中α相再结晶温度提高到700℃。低碳和微碳的合金马氏体在高温回火时，从基体中直接析出金属间化合物，并产生沉淀强化效应。析出的金属间化合物有Ni₃Ti，Ni₃Al，Fe₂Mo，х相(Fe₃₆Cr₁₂Mo₁₀)Ni₃Mo等，是马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢的主要强化相。

合金元素对钢力学性能的影响

钢的力学性能取决于基体和碳化物的类型、相对量和分布状态。根据基体可分为未硬化钢和淬火回火钢。

未硬化钢一般经过退火，获得铁素体加碳化物的组织。合金元素主要通过铁素体来影响钢的性能。合金元素的作用有：(1)固溶强化作用。溶于铁素体的溶质元素引起的固溶强化效应由小到大按下列顺序排列，铬、钨、钒、钼、镍、锰、硅和磷。其中以磷、硅和锰的固溶强化效应最显著。这些溶质原子起着原子尺度的障碍物作用。多数合金元素降低铁素体的韧性，强烈增大铁素体脆化倾向的元素为磷、硅和氢；钨、钼、铝、钒的作用较小。磷、硅、铝和钒的作用与阻止铁素体在形变时的交滑移或促进孪生密切相关。提高铁素体韧性的元素有镍，锰≤1.2％、铬<2％时也有这种作用，超过此限又降低铁素体的韧性。镍和锰的有利作用是增加了铁素体在形变时的交滑移。(2)钉扎作用。碳、氮等间隙式溶质元素提高铁素体的屈服强度，其作用是间隙溶质原子围绕位错线聚积，形成溶质气团，起钉扎作用。

对淬火回火钢，其强度和硬度主要取决于钢中的碳含量，合金元素的主要作用是提高淬透性，使在更大的截面上得到高的强度和硬度。合金元素对马氏体及其回火组织的韧性和塑性有显著的影响。在相同的强度和硬度下，合金结构钢比碳素结构钢有更高的断面收缩率，而伸长率相当。对淬火回火钢韧性有害的元素为磷、硫、硅、氢和氧等。这些元素升高钢的韧性一脆性转化温度。改善韧性，降低韧性一脆性转化温度的元素有镍和锰≤1.5％。通过脱氧、脱硫和去氢，改善韧性的元素有少量铝和稀土元素。少量钼和钒对韧性无害。在高含量下增加脆性的元素有锰和铝。

钢中的非金属夹杂物降低钢的韧性和塑性。特别是粗大的延伸很长的条带状塑性夹杂物和点链状沿轧向延伸的脆性夹杂物危害最大。如塑性硫化锰(MnS)、点链状刚玉(Al₂O₃)和尖晶石氧化物MgO•Al₂O₃)等，对横向和Z向的塑性的降低尤为显著。通过喷吹钙或加入稀土元素作为变质剂，形成不变形的细小颗粒状硫化钙(CaS)、稀土硫化物(RE₂S₃)和硫氧化物(RE₂O₃)，可改善横向和Z向塑性和韧性。非金属夹杂物可改进未硬化钢的切削加工性能，通过适当造成延伸的细小条状硫化锰，起着缺口作用，有利于折断由剪切造成的金属切屑。

合金元素对钢耐蚀性的影响

电化学腐蚀和高温氧化是腐蚀的两种主要类型。许多合金元素使钢具有一定的耐蚀性和抗氧化性：铬、钼、镍、锰、硅、铜等可提高钢的耐蚀性，铬、镍、铝、硅等可提高钢的抗氧化性。

钢在酸、碱和盐等电解质溶液中将发生电化学腐蚀，这种腐蚀是由于腐蚀微电池引起的，它包括3个环节：(1)阳极过程；(2)电子由阳极流到阴极；(3)阴极过程。控制其中任一环节都可控制或抑制腐蚀。铬是改善钢电化学腐蚀的基本合金元素，当钢中铬含量高于10％～12％时，钢表面在含氧的电解质溶液中生成很致密的富铬氧化物保护膜，这种保护膜很稳定，使腐蚀的阳极过程受到阻滞，使钢达到钝化状态，钢的腐蚀速率骤然下降。许多合金元素都能提高铬钢在多种介质中的保护膜的稳定性和钢的钝化能力，如镍和钼在非氧化性酸(如硫酸)和有机酸(如醋酸)中，锰在有机酸中，硅在非氧化性酸中，少量元素如铜、铂在非氧化性酸中。

钢在干燥大气中在高温下将发生氧化，这一过程由于在570℃以上表面出现FeO而显著加剧。钢中加入铬、铝、硅和镍可提高FeO出现的温度，保持致密的表面氧化膜，增高化学稳定性。在较高的铬、铝、硅含量时，钢可在800～1200℃温度范围内不出现FeO。铬、铝和硅加入钢中，高温下优先氧化，形成这些元素占优势的氧化膜。如钢中加入高含量铬或铝，钢表面形成致密的Cr₂O₃或Al₂O₃膜，有良好的保护作用，通常形成致密的尖晶石类型氧化物FeO•Cr₂O₃或FeO•Al₂O₃膜。含硅钢中氧化膜主要由铁的硅酸盐Fe₂SiO₄组成。合金元素对钢氧化速度的影响见图1。