鋼の特定の特性を改善し、強化し、ある種の特殊な特性を得るために、製錬プロセス中に意図的に添加される元素を合金元素と呼ぶ。 一般に使用される合金元素は、クロム、ニッケル、モリブデン、タングステン、バナジウム、チタン、タンタル、ジルコニウム、コバルト、シリコン、マンガン、アルミニウム、銅、ホウ素、希土類などを含む。 リン、硫黄、窒素なども場合によっては合金の役割を果たす。
（1）クロム（Cr）
クロムは、鋼の焼入れ性を高めることができ、二次焼入れの効果を有し、鋼を脆くすることなく、炭素鋼の硬度および耐摩耗性を改善することができる。 12％を超えると、高温耐酸化性および耐酸化性腐食性が良好であり、鋼の熱強度も高くなる。 クロムは、ステンレス鋼耐酸鋼および耐熱鋼の主な合金元素である。
クロムは、圧延状態の炭素鋼の強度及び硬度を増加させ、伸び及び面積の減少を減少させることができる。 クロム含有量が15％を超えると、強度および硬度が低下し、それに応じて伸びおよび面積の減少が増加する。 クロム鋼を含む部品は、より高い表面品質を得るために容易に研削される。
焼入れ焼戻し構造におけるクロムの主な役割は焼入れ性を改善することであり、急冷および焼戻し後の鋼はより良好な包括的な機械的特性を有し、浸炭鋼では炭化クロムを形成することができ、 。
クロム含有ばね鋼は、熱処理中の脱炭の影響を受けにくい。 クロムは、工具鋼の耐摩耗性、硬度および赤色硬度を改善することができ、良好な焼戻し安定性を有する。 電熱合金では、クロムは合金の耐酸化性、電気抵抗および強度を高めることができる。
（2）ニッケル（Ni）
ニッケルはフェライトを強化し、鋼中でパーライトを精製する。 全体としての効果は、強度を増加させることであり、可塑性に大きな影響はない。 一般に、コンディショニングを必要とせずに鋼の圧延、焼きなまし、または焼鈍に使用される低炭素鋼では、ある程度の量のニッケルが靭性を著しく低下させることなく鋼の強度を増加させることができる。 統計によると、ニッケルが1％増加するごとに強度が29.4Pa増加することがあります。 ニッケル含量の増加に伴い、鋼の収率は引張強度よりも速く増加するので、ニッケル含有鋼の比は通常の炭素鋼の比よりも高くなり得る。 ニッケルは鋼の強度を増加させるが、他の合金元素よりも他のプロセスの靭性、可塑性および性能に与える影響は小さい。 中炭素鋼の場合、ニッケルがパーライト変態温度を低下させるので、パーライトは良好になる。 ニッケルは共析点の炭素含有量を減少させるので、パーライトの量は同じ炭素含有量を有する炭素鋼の量よりも多い。 ニッケル含有パーライトフェライト鋼の強度は、同じ炭素含有量の炭素鋼の強度よりも高い。 逆に、鋼の強度が同じであれば、ニッケル含有鋼の炭素含有量を適切に低減することができ、鋼の靭性および塑性を向上させることができる。 ニッケルは、鋼の耐疲労性を改善し、鋼の隙間に対する感度を低下させることができる。 ニッケルは低温鋼の脆性転移温度を低下させるが、これは低温鋼にとって非常に重要である。 3.5％の鋼を含むニッケルは-100℃で使用でき、9％のニッケルを含むニッケルは-196℃で使用できます。 ニッケルは、鋼のクリープに対する抵抗性を増加させないので、一般に、高強度鋼の強化要素としては使用されない。
ニッケル含量の高い鉄 - ニッケル合金では、ニッケル含量の増加または減少に伴って線膨張係数が大きく変化する。 この特徴により、非常に低いまたは特定の線膨張係数を有する精密合金、バイメタルなどを設計および製造することが可能である。
また、ニッケルは酸に対して耐性を有するだけでなく、アルカリに対しても耐性を有し、大気および塩に対する耐食性を有する。 ニッケルはステンレス鋼の重要な要素の1つです。
（3）モリブデン（Mo）
モリブデンは、鋼の焼入れ性および熱強度を改善し、焼戻し脆性を防ぎ、残留磁束および保磁力を増加させ、特定の媒体の腐食に抵抗する。
焼入れ焼戻し鋼では、モリブデンは、より大きな断面を有する部品を急冷して硬化させることができ、鋼の焼戻し抵抗または焼戻し安定性を改善し、部品をより高温で焼戻しすることができ、ストレスと可塑性を向上させる。
上記の機能に加えて、浸炭鋼中のモリブデンは、炭化物が浸炭層の粒界に連続網状組織を形成し、浸炭層中の残留オーステナイトを減少させ、相対的に表面層を増加させる傾向を減少させることもできる。 耐摩耗性。
鍛造金型では、モリブデンは比較的安定した鋼硬度を維持し、変形を増加させることができる。 ひび割れおよび耐摩耗性。
ステンレス耐性鋼では、モリブデンは、過酸化水素、硫酸、亜硫酸、硫酸塩、酸性染料、および漂白液と同様に、有機酸（ギ酸、酢酸、シュウ酸など）に対する耐性をさらに高めることができます。 特に、モリブデンの添加により、塩化物イオンの存在によって生じる孔食の傾向が防止される。
約1％のモリブデンを含むW12Cr4V4Mo高速度鋼は、耐摩耗性、焼戻し硬度および赤色硬度を有する。
（4）タングステン（W）
鋼中に炭化物を形成することに加えて、タングステンは鉄に部分的に溶解して固溶体を形成する。 この効果はモリブデンの効果と似ており、一般的な効果はモリブデンの質量分率ほど重要ではない。 鋼中のタングステンの主なサンプルは、炭化物の形成による焼戻し安定性、赤色硬度、熱強度、および耐摩耗性の増加である。 したがって、主に高速鋼、熱間鍛造型鋼などの工具鋼に使用されています。
タングステンは、高品質のばね鋼で耐火性炭化物を形成する。 高温で焼戻しされると、炭化物の凝集プロセスを緩和し、高い高温強度を維持することができる。 タングステンはまた、鋼の過熱感受性を減少させ、焼入れ性を高め、硬度を増加させることができる。 65SiMnWAばね鋼は、熱間圧延後に非常に高い硬度を有する。 50mm2断面のばね鋼は、油中で硬化させることができ、重荷重、耐熱（350℃未満）および衝撃を受けた重要なばねとして使用することができます。 30W4Cr2VA高強度耐熱高品質バネ鋼、大焼入れ性、焼入れ1050〜1100℃、550〜650℃で1470〜1666Paの引張強度後に焼き戻し。 主に高温（最高500℃）で使用されるスプリングの製造に使用されています。
タングステンの添加により、鋼の耐摩耗性および被削性を大幅に改善することができる。 したがって、タングステンは、合金工具鋼の主な要素である。
（5）バナジウム（V）
バナジウムおよび炭素、アンモニア、酸素は、対応する安定な化合物の形成と強い親和性を有する。 バナジウムは主に鋼中に炭化物の形で存在する。 その主な役割は、鋼の微細構造および結晶粒を微細化し、鋼の強度および靭性を高めることである。 固溶体が高温で溶解すると、焼入れ性が向上する。 逆に、炭化物として存在する場合、焼入れ性は低下する。 バナジウムは、急冷された鋼の焼戻し安定性を増加させ、二次硬化効果を生じる。 鋼中のバナジウムの含有量は、高速工具鋼を除き、一般に0.5％以下である。
バナジウムは、通常の低炭素合金鋼の結晶粒を微細化し、規格化後の強度、降伏比および低温特性を向上させ、鋼の溶接性能を改善することができる。
合金構造鋼中のバナジウムは、一般的な熱処理条件下での焼入れ性を低下させるので、構造用鋼中のマンガン、クロム、モリブデンおよびタングステンなどの元素と共に使用されることが多い。 焼入れ焼戻し鋼のバナジウムは主として鋼の強度と降伏比を高め、穀物とニオブの熱感受性を改良することである。 浸炭鋼の結晶粒を微細化することができるため、二次焼入を行わずに浸炭後に直接急冷することができます。
バナジウムは、バネ鋼および軸受鋼の強度および降伏比を増加させることができ、特に比限界および弾性限界を高め、熱処理中の脱炭素化感度を低下させ、表面品質を改善する。 5クロムバナジウム含有軸受鋼は、高い炭化分散と良好な性能を有する。
バナジウムは、工具鋼の結晶粒を微細化し、過熱感受性を低減し、焼戻し安定性と耐摩耗性を高め、工具寿命を延長します。
（6）チタン（Ti）
チタンは窒素、酸素、炭素との親和力が強く、鉄よりも硫黄との親和性が強い。 したがって、良好な脱酸素剤であり、窒素と炭素を固定するのに有効な元素である。 チタンは強力な炭化物形成元素であるが、他の元素と結合して複合化合物を形成することはない。 炭化チタンは強い結合力を有し、安定であり、容易に分解されない。 スチール中で1000℃以上に加熱すると、固溶体にゆっくり溶解するだけです。 溶解する前に、炭化チタン粒子は粒成長を防止する効果を有する。 チタンと炭素との親和力はクロムと炭素との親和性よりもはるかに大きいため、ステンレス鋼に炭素を固着させて粒界でのクロムの消耗を無くし、鋼の粒界腐食を解消または低減することが多い。
チタンはまた、フェライト形成元素の1つであり、鋼A1およびA3の温度を大きく上昇させる。 チタンは、通常の低合金鋼の塑性および靭性を改善する。 チタンは窒素と硫黄を固定して炭化チタンを形成するので、鋼の強度は増加する。 焼きならし、析出および炭化物の形成後の結晶粒微細化は、鋼の塑性および衝撃靱性を著しく改善することができる。 チタンを含む合金構造鋼は、良好な機械的特性およびプロセス性能を有する。 主な欠点は、堅牢性です。
高クロムステンレス鋼では、通常、チタンの炭素含有量の約5倍を添加する必要があり、耐食性（主として粒界腐食に対する耐性）および鋼の靭性を改善するだけでなく、穀物高温での鋼の成長および微細構造の改善をもたらす。 鋼溶接性能。
（7）Nb / Cb
铌とbetweenの共生は、钽とsymbの共生によく似ています。 鋼にも同様の効果があります。 ランタンおよびセリウムは固溶体に溶解し、固溶強化の役割を果たす。 オーステナイトに溶解すると、鋼の焼入れ性が著しく向上する。 しかし、炭化物および酸化物粒子の存在下では、結晶粒が微細化され、鋼の焼入性が低下する。 鋼の焼戻し安定性を高めることができ、二次硬化効果を有する。 微量ニオブは、鋼の塑性または靭性に影響を与えずに鋼の強度を高めることができる。 結晶粒微細化の効果により、鋼の衝撃靱性を改善することができ、脆性転移温度を低下させることができる。 炭素の含有量が炭素の8倍を超えると、鋼中の炭素の殆どを固定することができ、良好な耐水素性が得られる。 オーステナイト鋼では、酸化剤による鋼の粒界腐食を防止することができる。 固定された炭素および析出硬化の効果により、クリープ強度などの高温強度鋼の高温特性を改善することができる。
通常の建設用低合金鋼では、降伏強度と衝撃靱性を向上させることができ、脆性転移温度は有益な溶接性能を低下させる可能性がある。 浸炭・急冷合金組織鋼では焼入性の向上が同時に起こる。 鋼の靱性と低温性能を向上させます。 これは低炭素マルテンサイト耐熱ステンレス鋼の空気硬化を減少させ、硬化および焼戻し脆性を回避し、クリープ強度を増加させることができる。
（8）ジルコニウム（Zr）
ジルコニウムは強い炭化物形成元素であり、鋼中のその役割はニオブ、タンタル、バナジウムの役割と同様である。 少量のジルコニウムを添加することにより、粒子の脱ガス、浄化および精錬の効果が得られ、これは鋼の低温性能に有益であり、スタンピング性能を改善する。 これは、ガスエンジンおよび弾道ミサイル構造用の超高強度鋼およびニッケル系超合金の製造に一般に使用されている。
（9）コバルト（Co）
コバルトは特殊鋼や合金に使用されています。 コバルトを含む高速度鋼は高温硬度が高い。 モリブデンと組み合わせると、マルテンサイト鋼を使用して、超高硬度および良好な機械的特性を得ることができる。 さらに、コバルトは、高強度鋼および磁性材料における重要な合金元素でもある。
コバルトは鋼の焼入れ性を低下させるので、炭素鋼だけを添加すると、焼き入れと焼き戻し後の全体の機械的特性が低下する。 コバルトはフェライトを強化し、炭素鋼を添加することができます。 アニーリングまたは標準化中に鋼の硬度、降伏点および引張強度を増加させることができる。 それは、伸びおよび面積の減少に悪影響を及ぼし、衝撃靭性も増加する。 コバルト含有量を減少させる。 コバルトは酸化防止特性を有するため、耐熱鋼や耐熱合金に使用されています。 コバルト基合金ガスタービンは、その独特の役割を示す。
（10）シリコン（Si）
珪素はフェライトとオーステナイトに溶けて鋼の硬さと強度を向上させることができ、その役割はマンガン、ニッケル、クロム、タングステン、モリブデン、バナジウムなどの元素よりも燐に次ぐ第2です。 しかし、珪素の含有量が3％を超えると、鋼の塑性および靱性が著しく低下する。 シリコンは、鋼の弾性限界、降伏強度および降伏比（σs/σb）ならびに疲労強度および疲労比（σ-1 /σb）を改善することができる。 これは、シリコン鋼またはケイ素マンガン鋼をばね鋼として使用できるためである。
シリコンは、鋼の密度、熱伝導率および導電率を低下させる。 フェライト粒の粗大化を促進し、保磁力を低下させることができる。 結晶の異方性を低下させる傾向があり、磁化が容易であり、磁気抵抗が小さくなり、電気鋼の製造に用いることができるので、磁気ヒステリシス損失が小さい。 シリコンは、フェライトの透磁率を高めることができるので、弱い磁場下での磁気誘導強度が高くなる。 しかし、強い磁場では、シリコンは鋼の磁気誘導強度を低下させる。 シリコンの強力な脱酸素化により、シリコンは鉄の磁気老化効果を減少させる。
ケイ素含有鋼を酸化雰囲気中で加熱すると、表面にSiO 2膜が形成され、高温での耐酸化性が向上する。
シリコンは、鋳鋼中の柱状結晶の成長を促進し、可塑性を低下させることができる。 珪素鋼が加熱されると急速に冷却すると、熱伝導率が低いため鋼の内部と外部の温度差が大きくなり破損する。
シリコンは鋼の溶接性能を低下させる可能性があります。 酸素よりも酸素に対する結合能が強いため、溶接時に低融点シリケートが生成しやすくなり、溶融スラグや溶融金属の流動性が高まり、揺れや溶接品質に影響を与える。 シリコンは良い脱酸素剤です。 アルミニウムで脱酸素する際には、必要に応じてある量のケイ素が添加され、脱酸素の速度を著しく高めることができる。 シリコンはもともと鋼中に残存しており、製鋼や製鋼中に原料として持ち込まれます。 沸騰する鋼では、シリコンは<> 意図的に添加すると、フェロシリコン合金が製鋼中に添加される。
（11）マンガン（Mn）
マンガンは良い脱酸素剤と脱硫剤です。 スチールは一般に一定量のマンガンを含み、これは硫黄による鋼の高温脆性を排除または低減することができ、それにより鋼の熱間加工性を改善する。
マンガンと鉄の固溶体は、鋼中のフェライトとオーステナイトの硬度と強度を高めます。 同時に、それは炭化物形成の要素であり、鉄原子の一部を置換するセメンタイトに入る。 マンガンは鋼の臨界転移温度を低下させる。 これはパーライトを精製する役割を果たし、間接的にパーライト鋼の強度を高める上で重要な役割を果たす。 オーステナイトを安定化するマンガンの能力はニッケルに次ぐものであり、鋼の焼入れ性も強く増加させる。 使用されるマンガンは、様々な合金鋼を製造するために他の元素との組成において2％を超えない。
マンガンは豊富な資源と様々な機能を有しており、炭素構造用鋼やマンガン含有量の高いばね鋼など広く使われています。
高炭素および高マンガン耐摩耗鋼では、マンガン含有量は10％~14％に達する可能性がある。 溶体化処理後は良好な靭性を有する。 衝撃を受けて変形すると、変形により表面層が強化され、高抵抗となる。 研削。
マンガンと硫黄はMnSを高融点で形成し、FeSによる高温脆性を防止する。 マンガンは、鉄粒子の粗大化および焼き戻し脆性に対する感度を増加させる傾向がある。 溶製が鋳込み・鍛造後に適切に冷却されないと、鋼中に白い斑点が生じやすい。
（12）アルミニウム（Al）
アルミニウムは主に穀物の脱酸素と精製に使用されます。 窒化鋼中に硬質の耐腐食性窒化層を形成する。 アルミニウムは、低炭素鋼の老化を抑制し、低温でその靱性を高めることができる。 含有量が多いと、鋼の耐酸化性および酸化性酸およびH 2 Sガスの耐食性を向上させることができ、鋼の電気的および磁気的特性を向上させることができる。 アルミニウムは、鋼中に大きな固溶強化作用を有し、耐摩耗性、疲労強度および浸炭鋼の中核的機械的特性を改善する。
硬質合金では、アルミニウムとニッケルが化合物を形成し、それによって溶融強度を向上させる。 アルミニウム含有鉄クロムアルミニウム合金は、ほぼ一定の抵抗特性および高温での優れた耐酸化性を有する。 これは、電気冶金合金材料とクロムアルミニウムに適しています。 抵抗線。