各種元素對鋼鐵性能的影響 綜合介紹 很詳細

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       合金元素與鋼中的碳相互作用，形成碳化物存在于鋼中，按合金元素在鋼中與碳相互作用的情況，它們可以分為兩大類：
　　一、不形成碳化物的元素(稱為非碳化物形成元素)，包括鎳、硅、鋁、鈷、銅等。由于這些元素與碳的結合力比鐵小，因此在鋼中它們不能與碳化合，它們對鋼中碳化物的結構也無明顯的影響。
　　二、形成碳化物的元素(稱為碳化物形成元素)，根據其與碳結合力的強弱，可把碳化物形成元素分成三類。
　　1）弱碳化物形成元素：
　　 錳對碳的結合力僅略強于鐵。錳加入鋼中，一般不形成特殊碳化物(結構與Fe3C不同的碳化物稱為特殊碳化物)，而是溶入滲碳體中。
　　2）中強碳化物形成元素；鉻、鉬、鎢
　　3）強碳化物形成元素：釩、鈮、鈦
　　有極高的穩定性，例如TiC在淬火加熱時要到l 000C以上才開始緩慢的溶解，這些碳化物有極高的硬度，例如在高速鋼中加人釩，形成V4C，使之有更高的耐磨性。
　　合金元素溶解于鐵素體(或奧氏體)中，以固溶體形式存在于鋼中。
　　合金元素與鋼中的氮、氧、硫等化合，以氮化物、氧化物、硫化物和硅酸鹽等非金屬夾雜物的形式存在于鋼中。
　　合金元素游離態，即不溶于鐵，也不溶于化合物：鉛，銅
　　三、合金元素在鋼中的作用
　　C：
　　碳是鋼的主要元素。
　　1、當含量在一定范圍內時，對鋼具有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐磨性 ；
　　2、擴大奧氏體區的元素；
　　3、碳與其它合金元素的共同作用，改善鋼的相關性能。
　　Si：
　　1、強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度 ；
　　2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性；
　　3、提高鋼的氧化性、腐蝕介質中的耐蝕性，提高鋼的耐熱性 ；
　　4、磁鋼中的主要合金元素（含量在0.40%范圍內時，改善熱裂傾向，含量高時，易形成柱狀晶，增加熱裂傾向）。
　　Mn ：
　　1、在低含量范圍內，對鋼具有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐磨性 ；
　　2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性 ；
　　3、稍稍改善鋼的低溫韌性；
　　4、在高含量范圍內，作為主要的奧氏體化元素。
　　Cr：
　　1、在低合金范圍內，對鋼具有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐磨性；
　　2、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性
　　3、提高鋼的耐熱性
　　4、在高合金范圍內，使鋼具有對強氧化性酸類等腐蝕介質的耐腐蝕能力
　　Mo ：1、 強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度
　　2、 降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性 ；
　　3、 提高鋼的耐熱性和高溫強度；
　　Ni：
　　1、 提高鋼的強度，而不降低其塑性，改善鋼的低溫韌性 ；
　　2、 降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性；
　　3、 擴大奧氏體區，是奧氏體化的有效元素 ；
　　4、 本身具有一定耐蝕性，對一些還原性酸類有良好的耐蝕能力；
　　Al ：
　　1、 煉鋼中起良好的脫氧作用；
　　2、 細化鋼的晶粒，提高鋼的強度 ；
　　3、提高鋼的抗氧化性能，提高不銹鋼對強氧化性酸類的耐蝕能力。
　　RE ：
　　1、煉鋼中起脫硫、去氣、凈化鋼液作用 ；
　　2、細化鋼的晶粒，改善鑄態組織 。
　　S:
　　 1、 硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在于鋼的晶粒周界，降低鋼的力學性能，優制鋼含硫量一般應限制在0.04%以下；
　　2、 在機械制造中，有時為了改善某些鋼的切削加工性能，人為將含硫量提高，以形成硫化物，起中斷基體連續性的作用；
　　3、 硫含量的提高，增加鑄件熱裂傾向。
　　H:
　　煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氫。
　　鋼液中氫的溶解度隨溫度升高而提高，在緩慢凝固條件下，氫以針孔形態析出。快速凝固時，析出氫在鐵的晶格內造成高應力狀態，導致脆性。
　　N:
　　煉鋼過程中鋼液從爐氣中吸收氮
　　1、 鋼液中溶解的氮在凝固過程中因溶解度降低而析出，并與鋼中的Si、Al、Zr等元素化合，生成SiN、AlN 、ZrN等氮化物。少量氮化物能細化鋼的晶粒。氮休物多時，會使鋼的塑性和韌性降低；
　　2、 氮屬于擴大奧氏體區元素，在鋼中可部分代替鎳的作用，是鉻錳氮不銹鋼中的合金元素，，在超低碳不銹鋼中，可代替碳的作用，提高鋼的強度；
　　O:
　　1、 鋼液中溶解的FeO 在凝固前溫度降低過程中與鋼液中的碳起反應，生成一氧化碳氣泡，在鑄件中造成氣孔；
　　2、 鋼液凝固過程中，FeO因溶解度下降而析出在鋼的晶粒周界處，降低鋼的性能。


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鋼 中 各 元 素 作 用
Al
縮小γ相區形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度為36%和0.6%，不形成碳化物，但與氮及氧親和力極強。
主要用來脫氧和細化晶粒，在滲氮鋼中促使形成堅硬耐腐蝕的滲層。含量高時，賦予鋼高溫抗氧化性及耐氧化性介質，硫化氫氣體的腐蝕。固溶強化作用大，在耐熱合金中，與鎳形成鎳三鋁從而提高熱強性，有促使石墨話傾向，對淬透性影響不顯著。
As
縮小γ相區形成γ相圈，作用與磷相似，在鋼中偏析嚴重。含量不超過0.25時，對鋼的一般力學性能影響不大，但增加回火脆性敏感性。
B
縮小γ相區，但形成鐵2硼，不形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度為不大于0.008%和0.02%。
微量硼在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成，從而延長奧氏體的孕育期，提高鋼的淬透性。但隨鋼中碳含量的增加，此種作用逐漸減弱以至完全消失。
C
擴大以γ相區，但因滲碳體的形成，不能無限互溶。在以及γ鐵中的最大溶解度為0.02%和2.11%。
隨含量的增加，提高鋼的硬度和強度，但降低塑性和韌性。
Co
無限互溶于γ鐵，在α鐵中溶解度為76%，非碳化物形成元素。
有固溶強化作用，賦予鋼紅硬性，改善鋼的高溫性能和抗氧化以及耐腐蝕性能，為超硬高速鋼及高溫合金的重要合金元素，提高鋼的Ms點，降低鋼的淬透性。
Cr
縮小γ相區，形成γ相圈，在α鐵中無限互溶，在γ鐵中的最大溶解度為12.5%，中等碳化物形成元素，隨著Cr含量的增加，可行成（Fe、Cr）3C，和7-3型23-6型。
增加鋼的淬透性并有二次硬化作用，提高碳鋼耐磨性，含量超過12%時，使鋼有良好的高溫抗氧化性能 和耐氧化性介質腐蝕的作用，并增加鋼的熱強性。為不銹耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金化元素，含量高時，易發生δ相和475度脆性。
Cu
擴大γ相區但不能無限互溶，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為2%和8.5%，在724度以及700度時。在α鐵中的溶解度巨降至0.68%和0.52%。
當含量超過0.75%時，經固溶強化和時效后可產生時效強化作用，含量低時，其作用與鎳相似。但較弱。含量高時，對熱變形加工不利，如果超過0.35%時，在氧化氣氛中加熱，由于選擇氧化作用，在表面會形成富銅相，在高溫熔化并侵蝕鋼表面的晶粒邊界，在熱變形加工時導致高溫銅脆現象。如鋼中同時含有含量1/3的鎳，則可避免此種銅脆現象的發生，如用于鑄鋼件則無上述弊病。在低碳低合金鋼中，特別是與磷同存在時，可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。Cu2%-3%在A不銹鋼中可提高其對硫酸、磷酸、鹽酸等的抗腐蝕性及對應力腐蝕的穩定性。
H
擴大γ相區，在A中的溶解度遠大于在鐵素體中的溶解度，而在鐵素體中的溶解度也隨著溫度的下降而巨減。
H使鋼易產生白點等不允許有的缺陷，也是導致焊縫熱影響區中發生冷裂的重要因素。因此，應采用一切可能的措施降低鋼中的H含量。
Mn
擴大γ相區，形成無限固溶體，對鐵素體及A均有較強的固溶強化作用，為弱碳化物形成元素，進入滲碳體代替部分鐵原子，形成合金滲碳體。
與硫形成熔點較高的硫化錳，可防止因硫化亞鐵而導致的熱脆現象。降低鋼的下臨界點，增加A冷卻時的過冷度，細化珠光體組織以改善其機械性能，為低合金鋼的重要合金化元素之一，并為無鎳及少鎳A鋼的主要A化元素。提高鋼的淬透性的作用強，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利傾向。
Mo
縮小γ相區，形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為4%和37.5%，強碳化物形成元素。
阻抑A到珠光體轉變的能力最強，從而提高鋼的淬透性，并為貝氏體高強度鋼的重要合金化元素之一。含量約0.5%時，能降低或者抑制其他合金元素導致的回火脆性。在較高的回火溫度下，形成彌散分布的特殊碳化物，在二次硬化作用。提高鋼的熱強性和蠕變強度，含Mo2%-3%能增加耐腐蝕鋼抗有機酸及還原介質腐蝕的能力。
N
擴大γ相區，但由于形成氮化鐵而不能無限互溶，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為0.1%和2.8%，不形成碳化物，但與鋼中其他合金元素形成能形成氮化物如TiN，VN，AlN等。
有固溶強化和提高淬透性的作用，但均不太顯著。由于氮化物在晶界上析出，提高晶界高溫強度，從而增加了鋼的蠕變強度，在A中可以取代一部分鎳與鋼中其他元素化合，有沉淀強化的作用；對鋼抗腐蝕性能的影響不顯著，但鋼表面滲氮后，不僅增加其硬度和耐磨性，也顯著改善了其抗腐蝕性，在低碳鋼里，殘余氮會導致時效脆性。
Nb
縮小γ相區，但由于拉氏相NbFe2的形成而不形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為1.8%和2.0%，強碳化物及氮化物形成元素。
部分元素進入固溶體，固溶體強化作用很強，固溶于A中，顯著提高鋼的淬透性，但以碳化物和氧化物細微顆粒形態存在時，卻細化晶粒并降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩定性，有二次硬化作用。微量鈮可在不影響鋼的塑性或韌性的情況下，提高鋼的強度。由于細化晶粒的作用，提高鋼的沖擊韌性并降低其脆性轉折溫度。當含量大于碳含量8倍時，幾乎可以固定所有的碳，使鋼具有很好的抗氫性能，在A中，可以防止氧化介質對鋼的晶間腐蝕。由于固定鋼中的碳和沉淀硬化作用，可以提高熱強鋼的高溫性能，如蠕變強度等。
Ni
擴大γ相區，形成無限固溶體，在α鐵的最大溶解度為10%左右，不形成碳化物。
固溶強化及提高淬透性的作用中等。細化鐵素體晶粒，在強度相同的條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低溫韌性。為主要A形成元素并改善鋼的耐腐蝕性能，為熱強鋼及A不銹耐酸鋼的主要合金元素。
P
縮小γ相區，形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為2.8%和0.25%。不形成碳化物但含量高時會形成鐵3p。
固溶強化以及冷做硬化作用極強，與銅聯合使用，提高低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕性，但降低其冷沖壓性能，與硫錳聯合使用，增加鋼的被切削性。在鋼中偏析嚴重，增加鋼的回火脆性以及冷脆性敏感性。
RE
包括元素周期表3B中鑭系元素以及釔和鈧，共17個元素。他們都縮小γ相區除鑭外，都由于中間化合物的形成而不形成γ相圈，它們在鐵中的溶解度都很低，如鈰和銣的溶解度都不大于0.5%。他們在鋼中，半數以上進入碳化物中，小部分進入夾雜物中，其余部分存在于固溶體中，它們和氧硫磷氮氫的親合力很強，和砷和銻鉛鉍錫等也都能形成熔點較高的化合物。
有脫氣、脫硫、和消除其他有害雜質的作用，還改善夾雜物的形態和分布，改善鋼的鑄態組織，從而提高鋼的質量。0.2%的稀土加入量可以提高鋼的抗氧化性，高溫強度以及蠕變強度，也可以較大幅度提高不銹耐酸鋼的耐腐蝕性。
S
縮小γ相區，因有FeS的形成，未能形成γ相圈，在鐵中溶解度很小，主要以硫化物的形式存在。
提高硫和錳的含量，可以改善鋼的被切削性，在鋼中偏析嚴重，惡化鋼的質量。如以熔點較低FeS形式存在，將導致鋼的熱脆現象。為了防止因硫導致的熱脆應有足夠的錳，使形成熔點較高的MnS。硫含量偏高，焊接時由于氧化硫的產生，將在焊縫金屬內形成氣孔和疏松。
Si
縮小γ相區，形成γ相圈；在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為18.5%和2.15%，不形成碳化物。
為常用脫氧劑，對鐵素體的固溶強化作用僅次于磷，提高鋼的電阻率，降低磁滯損耗，對磁導率也有所改善，為硅鋼片的主要合金化元素。提高鋼的淬透性和抗回火性，對鋼的綜合力學性能，特別是彈性極限有利。還可以增強鋼在自然條件下的耐腐蝕性。為彈簧鋼和低合金高強度鋼中常用的合金元素，含量較高時，對鋼的焊接性不利，因焊接時飛濺嚴重，有損焊縫質量，并易導致冷脆，對中高碳鋼回火時易產生石墨化。
Ti
縮小γ相區，形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為7%和0.75%，是最強的碳化物形成元素，與氮的親和力也很強。
固溶狀態下，固溶強化作用極強，但同時降低固溶體的韌性。固溶于A中提高鋼淬透性的作用很強，但化合鈦，由于其細微顆粒形成新相的晶核從而促進A分解，降低鋼的淬透性。提高鋼的回火穩定性，并有二次硬化作用。含量高時析出彌散分布的拉氏相TiFe2而產生時效強化作用。提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強性，如蠕變和持久強度。在高鎳含鋁合金中形成γ撇相，彌散析出，提高合金的熱強性，有防止和減輕不銹耐酸鋼晶間和應力腐蝕作用。由于細化晶粒和固定碳，對焊接有利。
V
縮小γ相區和形成γ相圈，在α鐵中無限固溶，在γ鐵中的最大溶解度為1.35%，強碳化物及氮化物形成元素。
固溶于A 中可以提高鋼的淬透性，但以化合物狀態存在的釩，由于這類化合物的細小顆粒形成的新相的晶核，將降低鋼的淬透性。增加鋼的回火穩定性并有強烈的二次硬化作用。固溶于鐵素體中有極強的固溶固溶強化作用。有細化晶粒作用，所以對低溫沖擊韌性有利，碳化釩是金屬碳化物中最硬最耐磨的，可以提高工具鋼的使用壽命。釩通過細小碳化物顆粒的彌散分布可以提高鋼的蠕變和持久強度。釩、碳含量比大于5.7時可以防止或減輕介質對不銹耐酸鋼的晶間腐蝕，并大大提高鋼抗高溫高壓氫腐蝕的能力，但對鋼高溫抗氧化性不利。
W
縮小縮小γ相區，形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為33%和3.2%強碳化物形成元素，碳化鎢硬而耐磨。
含鎢高有二次硬化作用，以及增加耐磨性。對鋼的淬透性、回火穩定性、力學性能以及熱強性的影響均與鉬相似，但按重量的百分比數計算，其作用較鉬為弱，對鋼抗氧化性不利。
Zr
縮小縮小γ相區，形成γ相圈，在α鐵以及γ鐵中的最大溶解度分別為0.3%和0.7%強碳化物以及氮化物形成元素，其作用僅次于鈦。

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碳是鋼鐵中的重要元素，它是區分鋼鐵的主要標志之一。在決定鋼號時，往往注意到碳的含量，碳對鋼鐵的性能起決定性的作用。由于碳的存在，才能將鋼進行熱處理，才能調節和改變其機械性能。當碳含量在一定范圍內時，隨著碳含量的增加，鋼的硬度和強度得到提高，其塑性韌性下降；反之，則硬度和強度下降，而塑性和韌性提高。
碳在鋼鐵中的存在形式可分為下列兩種：
1、化合碳：即碳以化合形態存在。在鋼中主要以鐵的碳化物（如Fe3C）和合金元素的碳化物形態存在。在合金鋼中常見的碳化物，如：Mn3C、Cr3C2、WC、W2C、VC、MoC、TiC等，統稱為化合碳。
2、游離碳：鐵碳固溶體中的碳、無定形碳、石墨碳、退火碳等統稱為游離碳。高碳鋼經退火處理時也會有部分游離碳析出。在鑄鐵中的碳，除了極少量固溶于鐵素體外，常常以游離形態或化合形態，或二者并存的形態存在。化合碳與游離碳總和稱為總碳量。在分析游離碳較多的鑄鐵等試樣時，應特別注意樣品的代表性和均勻性。
游離碳一般不和酸起作用，而化合碳能溶于酸中，借此性質可分離游離碳。碳化鐵容易溶解在各種酸中，并容易被空氣所氧化，但是碳化鐵不溶于冷的和稀的非氧化性酸（硫酸、鹽酸）內，大部分碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下來，但是，這種沉淀在氧化劑甚至于在空氣中的氧參與下都很易溶解，受到濃硫酸、濃硝酸作用時，碳化鐵即被分解而析出不同組分的揮發性碳。
大多數合金元素的碳化物難溶于酸內，為使其完全分解，需采取適當的措施，例如：
1、在加熱的情況下，將鋼樣用鹽酸或硫酸處理，直至金屬部分完全溶解，然后小心加入硝酸使碳化物破壞。
2、鋼樣內如含有穩定的碳化物時，在用硝酸氧化以前，先行蒸發至開始冒硫酸煙（或蒸發硫磷酸至冒硫酸白煙），然后再仔細地滴加濃硝酸。
3、在鋼樣中含有極穩定的碳化物，用上述方法不能溶解時，可將鋼樣用熱鹽酸、硝酸或鹽—硝混合酸處理后，再用高氯酸處理。在高氯酸蒸發的溫度（約200℃）下加熱，這時全部碳化物即會分解。

二、硅
硅在鋼鐵中主要以固溶體形式存在，還可形成硅化物，其形式有MnSi或FeMnSi等；也有少許以硅酸鹽以及游離SiO2的形式成為鋼鐵中非金屬夾雜物而存在，在高碳鋼中可能有少量SiC形式存在。
硅和氧的親和力僅次于鋁和鈦，而強于鉻、錳和釩。所以在煉鋼過程中，硅用作還原劑和脫氧劑。硅能增強鋼的抗張力、彈性、耐酸性和耐熱性，又能增大鋼的電阻系數。故鋼中含硅量一般不小于0.10%，作為一種合金元素，一般不低于0.4%，耐酸耐熱鋼及彈簧鋼中含硅量較高，而硅鋼中含硅量可高達4%以上。
單質硅只能與氫氟酸作用，與其它無機酸不起作用，但能溶解于強堿的溶液中。鋼中大多數的硅化物是能溶于酸的。但如遇周期表Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ副族元素和部分過渡元素的難溶性硅化物時，則只有用硝酸—氫氟酸或硫酸—磷酸混合酸才能分解。
硅對化學分析的影響，主要表現為當鋼中硅含量較高時，在溶解的過程中容易產生硅酸沉淀。此外，在測定其它元素時，為了消除硅酸的影響，有以下兩種方法：一是加氫氟酸成SiF4氣體逸出（可以在鉑皿、黃金皿、剛玉器皿或聚四氟乙烯器皿中進行）；二是脫水后成SiO2沉淀濾去。

三、磷
磷在鋼中以固溶體和磷化物形態存在。磷化物形態有Fe3P、Fe2P等，極少量有時呈磷酸鹽夾雜物存在。磷在鋼中的分布具有不同程度的偏析現象，所以取樣時應注意代表性。
Fe3P是一種很硬而脆性大的物質，當磷含量高時易形成Fe3P，增加鋼的冷脆敏感性、增加鋼的回火脆性以及焊接裂紋敏感性。一般認為在鋼中含磷量高于0.1%時，便會發生上述的危害性。通常的情況下認為磷是鋼中有害的元素，但是它也有可利用的一面。例如：磷和銅聯合作用時，能提高鋼的抗蝕性；它和錳、硫聯合作用時，能改善鋼的切削加工性。例如：我國易切結構鋼Y12含磷0.08-0.15%。
鋼中絕大部分磷化物是能溶于酸的，但是，用非氧化性酸溶解時會以PH3形態逸出。在氧化性酸中，大部分生成正磷酸H3PO4，也有一部分生成焦磷酸H4P2O7、偏磷酸HPO3或次磷酸H3PO2狀態。因此在分析磷時，除了一定要用氧化性酸溶樣外，還要用強氧化劑氧化，使之全部成H3PO4形態，方可繼續測定。

四、硫
硫主要以硫化物的形態存在于鋼中。在鋼中有大量錳存在時，主要形成MnS和FeS，而很少形成其它硫化物，如：CrS、FeS•Cr2S3、VS、TiS等等。一般認為硫是鋼中有害元素之一。硫在鋼中易于偏析，惡化鋼的質量。如以熔點較低的FeS的形式存在時，將導致鋼的熱脆現象。此外，硫存在于鋼內能使鋼的機械性能降低，同時對鋼的耐蝕性、可焊性也不利。
由于硫在鋼中易于偏析，因此取樣時必須注意代表性。鋼中硫化物一般易溶于酸中，在非氧化性酸中生成硫化氫逸出，在氧化性酸中轉化成硫酸鹽。硫化物在高溫下（1250-1350℃）通氧燃燒大部分轉化為SO2氣體，轉化為SO2的作用并不完全。
硫在化學分析中的影響，通常表現在氣體容量法定碳時，必須考慮要有良好的脫硫劑，否則會使碳的結果偏高。

五、錳
錳在鋼中除了形成固溶體外，還能形成MnS、Mn3C以及少量的MnSi、FeMnSi、氧化物（如MnO、MnO•SiO2等）和氮化物等。
錳在冶煉鋼鐵過程中，通常作為脫氧劑及脫硫劑而特意加入。錳與硫能形成熔點較高的MnS，可防止因FeS而導致的熱脆現象，并因此提高了鋼的可鍛性，錳還能使鋼鐵的硬度和強度增加。
錳溶于稀酸中，生成二價錳離子，錳化物也都很活潑，容易溶解和氧化。由于錳的價態較多（有2、3、4、6、7價），這就為測定錳提供了有利的因素。
錳對化學分析的影響，主要有兩個方面：一是錳含量高時，在低酸度介質中遇強氧化劑產生棕色混濁；二是錳含量高時，使溶液中其它元素的氧化難于完全，如高錳鋼中磷的氧化就是如此。遇此情況需考慮適當的氧化方法。
六、鉻
鉻是合金鋼生產中應用最廣的元素之一。鉻能增強鋼的機械性能和耐磨性，增加鋼的淬透性及淬火后的抗變形能力，增強鋼的彈性、抗磁性、耐蝕性和耐熱性。
鉻在鋼中的形態較復雜，除了部分存在于鐵固溶體中以外，還可能形成碳化物（FeCr）3C、Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6等）、氮化物（CrN、Cr2N）、硫化物（CrS、FeS•Cr2S3）、氧化物[CrxOy、（Fe，Mn）O•Cr2O3]與金屬鐵的化合物（FeCr）和硅化物（Cr3Si等）。其中以鉻的碳化物和氮化物狀態較為穩定。
鉻能在熱的鹽酸和濃硫酸中迅速溶解。如下式：
Cr＋2HCl＝CrCl3＋H2↑
2Cr＋6H2SO4＝Cr2（SO4）3＋3SO2＋6H2O
鉻在強堿溶液中也能溶解，但與濃硝酸作用時由于在其表面生成一層致密的氧化膜而被鈍化，以致不能溶解。一般處于固溶體中的鉻易溶于鹽酸、稀硫酸或高氯酸中，但殘留的鉻的碳化物或氮化物，通常用加濃硝酸、或加熱至冒硫酸煙或冒高氯酸煙時才能破壞。有的甚至需在硫酸冒煙時，滴加硝酸才能破壞。在測定高碳高鉻試樣中鉻時，往往不允許長時間冒高氯酸煙，鋼樣就必須在王水或鹽酸—硝酸混合酸中溶解后，加硫磷混合酸蒸至冒硫酸煙，再滴加濃硝酸，方能使試樣溶解完全。有些鉻的碳化物（如Cr23C6、Cr7C3等相）在還原性酸中加熱可以逐漸溶解，但在H2O2中卻容易鈍化。
鉻對其它元素化學分析的影響，主要有兩方面：一是鉻離子是有色的（三價為綠色，六價為黃色），在比色時需考慮色澤空白；二是高價鉻離子有氧化性，對某些有機顯色劑有氧化作用，遇此情況應將其還原到低價。上述影響亦可用分離的方法將鉻去除。通常較簡便的方法就是在高氯酸冒煙時加鹽酸（或氯化鈉）使鉻成氯化鉻酰CrO2Cl2驅除。
Cr2O7-2＋4Cl-＋6H+＝2CrO2Cl2↑＋3H2O

七、鎳
普通鋼中的含鎳量在0.3%以下，不起合金元素作用。平均含鎳量在0.5%以上的鋼就可算鎳鋼。鎳作為合金元素能使鋼具有高級的機械性能，即可使鋼具有韌性、防腐抗酸性、高導磁性，并使晶粒細化提高淬透性，增加硬度等。在許多特殊鋼和合金中鎳含量更高。在奧氏體鋼中的鎳量超過8%，從而增加鋼的耐蝕性能和良好的可焊性，耐熱鋼中含鎳量有的超過20%，從而增加鋼的耐熱性。含鎳25%的鋼即具有抗熔融堿的特殊性能，而含鎳量36%的高鎳鋼對熱膨脹以及電磁的敏感性很強。
鎳在鋼中主要以固溶體的形態存在。由于鎳在鋼中并不形成穩定的化合物，所以大多數含鎳鋼和合金都溶于酸中。純鎳與鹽酸或稀硫酸反應很緩慢，然而同濃硝酸激烈反應，在濃硝酸中加少量鹽酸反應也相當快。然而濃硝酸對鐵有鈍化作用，所以在溶解含鎳鋼時，鎳含量低的用硝酸（1+3）或鹽酸（1+1）；含鎳高的用硝酸（1+3）；高鎳鉻鋼用王水或鹽酸—硝酸混合酸（1+1）或高氯酸。
鎳在化學分析中的影響，主要是離子有色對比色有影響。鎳的掩蔽劑除氰化物以外，很少有與之絡合能減少鎳離子的顏色的掩蔽劑。因此應考慮采取試樣空白或通過分離鎳而消除其影響。

八、鈦
鈦是較為活潑的金屬元素之一，它和氮、氧、碳都有極強的親和力，和硫的親和力也強于鐵和硫的親和力，因此它是一種良好的脫氧去氣劑，是定碳和氮的有效元素，加入適當的鈦能改變鋼的品質和提高機械性能，能提高耐熱鋼的抗氧化性和熱強性，提高不銹鋼的耐蝕性，并對鋼的焊接也有利。
鋼中的鈦除了固溶鈦以外，其化合物極其復雜，能形成TiC、TiN、TiS、TiO、TiO2等等。
金屬鈦能溶于熱濃鹽酸中，2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑，更易溶解于HF＋HCl（H2SO4）中，這時除濃酸與金屬的作用外，還利用F-與Ti4+的絡合作用，促進鈦分解：
Ti＋6HF＝TiF-26＋2H+＋2H2↑
鈦可溶于鹽酸、濃硫酸、王水和氫氟酸中，但鈦的碳化物、氮化物和氧化物，化學惰性較大。鋼中鈦除固溶鈦外，還有化合鈦，它們對酸的溶解性質有差異。因此就引起了分析方法有總鈦量，化合鈦和金屬鈦測定的區別。（也有稱為所謂“酸溶鈦”和“酸不溶鈦”的區別）
鈦在化學分析的影響有如下兩點：一是四價鈦在低酸度溶液中很易水解形成白色偏鈦酸沉淀或膠體，后者難溶于酸中，因此在分析過程中應保持溶液的一定酸度以防止水解，或采用加絡合劑的方法掩蔽鈦。二是三價鈦離子呈紫色，不穩定，易被空氣和氧化劑氧化成四價。

九、釩
釩是鋼鐵中很重要的合金元素之一，就我國鋼鐵體系來講，Mo、W、V、Ti、Nb和Xt等合金元素是我國合金元素的重要組成部分。鋼中含有釩使鋼具有特殊的機械性能，提高鋼的抗張強度和屈服點，尤其是提高鋼的高溫強度，提高工具鋼的使用壽命。釩和硫、氮、氧都有強的親和力，在煉鋼時，可用作細化晶粒的脫氧劑。
釩在鋼中除了固溶釩外，還可形成VC、V2C、VN、FeV2O4、V2O3、VO和V2O5等，其中VC往往形成缺碳的V4C3。因此鋼中釩的碳化物常是V4C3和V2C形態。
釩除了與氫氟酸作用外，它不和非氧化性酸作用。它能溶于硝酸或硝酸與鹽酸的混合酸中。釩的碳化物是很穩定的，用硫酸或鹽酸處理時，幾乎不能溶解，只有以硝酸（或過氧化氫）氧化并經硫酸冒煙處理后才能溶解。釩以四價狀態存在于溶液中，四價釩受到強氧化劑（如高錳酸鉀）作用時，則變成五價釩并形成釩酸。
釩對化學分析的影響主要有兩個方面：一是釩離子是有色的（五價呈黃色，四價呈藍色），比色時需考慮色澤空白；二是五價釩是氧化劑，不穩定，易被還原，對某些有機顯色劑有氧化作用。另外，五價釩能與磷、鉬一起生成絡合物，使磷的測定結果偏低，故常用亞鐵將其還原成低價以消除其干擾。

十、鉬
鉬在鋼中除固溶鉬外，還可能形成碳化物，（Mo2C、MoC、（Fe，Mo）3C、（Fe，Mo）6C等等，氮化物（MoN）以及硼化物等。但在低合金鋼中主要形態是碳化物。鉬作為合金元素加入鋼中，能增加鋼的強度而不減其塑性和韌性，同時能使鋼在高溫下有足夠的強度，且改善鋼的耐蝕、冷脆性等。
鉬只與濃硝酸、熱的濃硫酸作用。而含鉬鋼能溶于稀硫酸和鹽酸中，低合金鋼中的鉬主要以碳化物形態存在，不溶于稀硫酸和鹽酸，但可溶于硝酸。硝酸不僅能分解鉬的碳化物，且能溶解金屬鉬（高純的鉬還需補加幾滴過氧化氫才能溶解）。對于穩定的鉬碳化物加熱至冒硫酸煙才能分解。（有時尚須在冒煙時滴加濃硝酸），因此在測定鉬時應予注意。

十一、鎢
鎢是重要的合金元素之一。它的作用主要是增加鋼的回火穩定性、紅硬性、熱強性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性，高速工具鋼和硬質合金都必須含有較多量的鎢。
鎢在鋼中主要以碳化物形式存在。如Fe3W3C、Fe21W2C、WC、W2C等。部分鎢能溶于基體形成固溶體。此外還能形成Fe2W、W2N等。
鎢不與鹽酸和硫酸作用，僅微溶于硝酸、氫氟酸和王水。為了使鎢溶解，可以使它形成絡合物。例如在濃磷酸中由于生成磷鎢酸H3[P（W3O10）4]而能促使鎢溶解。金屬鎢還可以溶解于硝酸—氫氟酸中。這是由于六價鎢能與氟離子生成穩定的絡合物而進入溶液。鎢亦溶于過氧化氫中。曾經有人用過氧化氫與草酸的混合物溶解鎢鐵，甚為快速。細粉末狀的鎢溶于煮沸的苛性堿金屬鎢酸鹽并析出氫氣。
鎢的碳化物對還原性酸一般是穩定的。它們僅溶于氧化性酸溶液中。含鎢鋼通常易溶于鹽酸（1+1）或硫酸（1+4）中。當用鹽酸和硫酸處理鋼樣時，金屬鎢及其碳化物以重質黑色粉末狀沉于容器底部，需緩慢滴加硝酸氧化，使其轉化為鎢酸，否則會使較多的鐵、鉻、釩、鉬、鈦、鋯、錫、硅、磷等夾雜在鎢酸中。鎢酸稍溶于過量的鹽酸和硝酸的混合酸中。在重量法或容量法中，以鎢酸形式析出時，必須注意到上述情況。
鎢對化學分析的影響是嚴重的，主要是因為鎢含量高時極易水解產生混濁。要將其完全分離是困難的，并且用鎢酸的形式分離時還會有吸附。消除這種影響的方法有三種：一是加磷酸、酒石酸或檸檬酸掩蔽；二是冒硫酸或高氯酸煙時鎢酸脫水后過濾；三是用強堿使鎢酸轉變為可溶性的鎢酸鈉。

十二、鋁
鋁是鋼的良好的脫氧劑、去氣劑和致密劑之一。在不同的條件下，鋁對鋼的影響不一樣。作為合金元素加入，可提高鋼的抗氧化性，改善鋼的電磁性能，在耐熱鋼中提高熱強性，在滲氮鋼中促使形成堅硬耐磨耐蝕的滲氮層。
鋁在鋼中主要以金屬固溶體形態存在，此外還可形成氮化鋁（AlN）、氧化鋁（Al2O3），以及（FeMn）O•Al2O3、CaO•Al2O3和AlOxNy等夾雜物。
鋁不與濃硝酸和濃硫酸發生作用。在稀硝酸中反應非常緩慢，易溶于鹽酸。鋁的氧化物在化學性質上是很穩定的，但是AlN很活潑，易溶于酸。所謂“酸溶鋁”系指金屬鋁和氮化鋁而言。“酸不溶于鋁”主要指鋁的氧化物。鋁的氧化物不是絕對不溶解于酸，只是極少溶解于酸。而且隨溶樣酸的不同和溫度不同而有差異。
鋁在化學分析中有兩點注意：一是在鹽酸介質中AlCl3過熱狀態下易蒸發損失。二是鋁與鐵、鉻、鈦等元素常伴隨在一起，加之鋁是兩性元素，因此在分離和測定鋁時手續仍比較麻煩復雜。

十三、鈮
鈮在鋼中主要以鈮化物的形態存在。主要有NbC、Fe2Nb，其它形式有NbN、Nb2O2、Nb2O5等（其中NbC同VC一樣，常因缺碳而形成Nb4C3，而Fe2Nb又因缺位或其它原因使其化學成分與Fe3Nb2相近，因此文獻上常常寫成Fe3Nb2）。
鈮作為合金元素加入鋼中，能顯著地提高鋼的強度和抗腐蝕性，改善鋼的焊接性能。鋼中鈮通常為0.1-1%左右，普通低合金鋼中鈮含量在0.015-0.050%，而在高溫用的結構鋼中含鈮量可達3%。
鈮不溶于鹽酸、硝酸及硫酸中，但易溶于氫氟酸和硝酸的混合酸中，它與氫氟酸能緩慢地作用。它可以和熔融的苛性堿迅速發生反應生成鈮酸鹽，它與堿溶液能發生較顯著的作用。所有鈮化物對稀酸是穩定的，Fe2Nb只溶于含氧化劑的酸性溶液中。NbC和NbN可以溶于硝酸—氫氟酸、氫氟酸—過氧化氫、NH4F•HF—H2O2等混合酸中。NbC還可以溶解在飽和草酸—過氧化氫中。Nb2O5可溶于氫氟酸、硫酸—氫氟酸、加熱至冒煙的濃硫酸中等。
當用酸分解鋼樣時，鈮極易水解成鈮酸析出沉淀，但在酒石酸、檸檬酸、草酸鹽、過氧化氫或氫氟酸存在下，鈮能形成可溶性的絡合物。許多方法就是利用此特性使鈮保存于溶液中而進行測定。

十四、鈷
鈷是世界上稀少的貴重金屬，因此多用于冶煉特殊的鋼和合金。
鈷在特殊鋼種中，能改善鋼的高溫性能，增強鋼的紅硬性，提高抗氧化及耐腐蝕能力，為超硬高速鋼及高溫合金的重要合金化元素，鈷在鋼和合金中的含量范圍較大，在特殊的鈷基高溫合金中可高達50%左右，而在原子能和某些工業的鋼種里，含鈷量要求低于一定范圍。（例如：在0.01%左右）
鈷在鋼中絕大部分以固溶體的形態存在，并不形成碳化物。
鈷在稀鹽酸和硫酸中反應很緩慢，能逐漸溶解，在熱的鹽酸中溶解較快，易溶于稀硝酸和王水，在濃硝酸中激烈反應。
鈷離子是粉紅色的，在比色分析時要注意消除其色澤影響。

十五、硼
為了改善鋼的某些性能，常常向鋼中加一定量的硼。比如在普通鋼和結構鋼中加入微量硼（一般平均含量在0.003%左右），可提高鋼的淬透性，從而能提高零件截面性能的均勻性，在球光體耐熱鋼中加入微量硼可提高鋼的高溫強度，而在奧氏體鋼中加入0.025%硼可提高鋼的蠕變強度。用硼可節約鎳、鉻、釩、鉬、鎢等稀缺金屬，可彌補我國鎳、鉻資源的不足。
硼在鋼中除了以固溶體形態存在外，還可能形成各種硼化物。有碳硼化物[如Fe3（CB）、Fe23（CB）6]、氮化物（如BN）和氧化物（如B2O3）等等，在高硼鋼中還會形成Fe2B、TiB等金屬的硼化物。
在鋼鐵中硼的分析的主要內容常常有：全硼、“酸溶硼”和“酸不溶硼”等區別。所謂全硼是指固溶硼和化合硼的總量、“酸溶硼”常常是指能溶于5N硫酸中的固溶硼和碳硼化物中的硼。“酸不溶硼”就是指不溶于5N硫酸的其它一些硼化物，主要是BN、B2O3等等。
“酸不溶硼”并不是絕對的不溶解于酸，而是隨著溶樣酸的種類不同和溶解過程中是否加氧化劑（高錳酸鉀、過氧化氫）而有所不同。“酸不溶硼”的殘渣一般經堿融處理后均可溶解。

十六、稀土元素
一般所說的稀土元素，是指元素周期表中原子序數為57-71的鑭系元素以及周期表ⅢB族中的鈧和釔，共17個元素。由于這些元素大都是在礦石中共生，而且化學性質也很相似，所以歸為一類。在我國鋼號中用“Xt”表示。
稀土元素的分類方法主要有兩種：
1、將稀土元素分為兩組
鈰族元素：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪等七個元素。
釔族元素：釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧等十個元素。
2、將稀土元素分為三組
鈰族元素：（輕稀土）鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤等六個元素。
鋱族元素：（中稀土）銪、釓、鋱等三個元素。
釔族元素：（重稀土）鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔、鈧等八個元素。
稀土元素在鋼中，半數以上進入碳化物中，小部分進入夾雜物中，其余部分存在于固溶體中。稀土元素對氧、硫、磷、氮、氫等的親和力都很強，和砷、銻、鉛、鉍、錫等也都能形成熔點較高的化合物。因此是很好的脫氣、脫硫和清除其它有害雜質的加入劑。鋼中加入少量稀土，能提高鋼的流動性，從而改善鋼的表面質量；能顯著提高不銹耐酸鋼的熱加工塑性。結構鋼中加入稀土元素能提高其塑性和韌性，減弱可逆回火脆性等等。
稀土元素的性質極為相似，不易相互分離，一般皆以其混合物的形式加入鋼中。因此，一般的分析也即測定其總量。然而，由于冶金技術和分析技術的發展，鋼中加入單個稀土元素的方法日漸增多。
稀土元素易溶于酸。Ce+4具有氧化性，對氧化還原反應有一定影響。

17、銅
銅在退火鋼中主要以固溶體或極微細的金屬夾雜物形態存在。一般當銅含量大于0.8%時會出現后一種游離形態。
銅在鋼中的含量一般在0.02%以下。通常它是鋼中的有害雜質，使鋼的機械性能降低，并在加熱時導致金屬表面的氧化，影響鋼的質量。但有時也特意往鋼中加入銅以代替部分鎳。在低碳低合金鋼中，特別與磷同時存在時，可提高鋼的抗大氣腐蝕性能。2-3%銅在奧氏體不銹鋼中可提高其對硫酸、磷酸及鹽酸等的抗腐蝕性及對應力腐蝕的穩定性。
銅不溶于稀鹽酸或稀硫酸，但易溶于硝酸或熱的濃硫酸。
銅在比色分析中的影響主要是在銅含量高時有色澤影響，應考慮色澤空白。

十八、氮
氣體對鋼的質量影響很大，在大多數情況下，氣體的存在使鋼發脆并出現裂縫，降低耐蝕性等弊病。氮在鋼中一般含量應不大于0.008%，但在某些情況下，例如在鎳鉻鋼、鉻錳鋼中加入少量氮，它起著加入合金元素的作用，代替了相當部分的鎳。除此，根據需要還對鋼進行表面滲氮處理，以此增加鋼的硬度和耐磨性能。也顯著改善其耐蝕性能。
鋼中氮主要是以氮化物（如Fe4N、Mn3N2、AlN、BN、TiN、VN、CrN等等）形態存在，只有極少數的一部分成為固溶體。
按物理性質和鍵的特性，氮化物可分為兩類：金屬氮化物和非金屬氮化物。而金屬氮化物又分為非過渡金屬氮化物和過渡金屬氮化物兩種。鈦副族、釩副族的金屬氮化物以及非金屬氮化物常常屬于難溶的氮化物。這些氮化物溶解需用高氯酸或硫酸冒煙處理，或采用硫酸鉀—硫酸“濕法熔融”。除上述難溶的氮化物以外，其它氮化物都能溶于稀酸。
應用化學方法溶樣，只能測定鋼中化合氮和固溶的氮，而吸附在金屬表面或處于金屬氣孔的氮，呈分子形式，無法測定。總氮量的測定，需靠真空熔融或其它物化法。