合金元素在鋼中的作用

碳（C）：

碳對鋼的力學性能有重要影響。在熱作模具鋼中，隨著含碳量的增加，鋼的強度、硬度和耐磨性提高，但塑性和韌性降低。對于冷作模具鋼，含碳量的增加會提升抗彎強度和耐磨性，而含碳量的減少則增強韌性，但會降低抗彎強度和耐磨性。因此，抗沖擊及高強韌冷作模具鋼的含碳量通常控制在0.5%-0.7%，而高耐磨性模具鋼的含碳量則達到1.2%-2.3%。碳還能提高鋼的淬透性，但會降低耐蝕性、焊接性能和冷成形性能。

鉻（Cr）：

鉻能顯著提升鋼的耐蝕性和抗氧化性，增大淬透性，產生二次硬化效應，形成特殊碳化物以提高耐磨性。同時，鉻在改善鋼的使用性能時，不會損害其工藝性能。此外，鉻還能提高鋼的高溫強度，是冷作、熱作和塑料模具鋼的基本合金元素。

鉬（Mo）：

鉬能增強鋼的二次硬化能力、高溫強度和抗蠕變性能，提高抗過熱敏感性和淬透性，同時抑制回火脆性。在耐蝕塑料模具鋼中，鉬還能提高氧化物介質中的耐蝕性，但會增加脫碳的傾向。

鎢（W）：

鎢在鋼中的作用與鉬相似，能形成堅硬穩定的碳化物，提高淬、回火鋼的紅硬性。鎢在增強耐磨性和抗過熱敏感性方面優于鉬，但含鎢量過高會顯著降低鋼的韌性。

釩（V）：

釩能細化晶粒，顯著提高耐磨性和二次硬化能力，同時提高抗過熱敏感性。但釩含量過多會惡化鋼的可鍛造性能和磨削性能，因此鋼中的釩含量一般控制在0.2%-2%左右。

鎳（Ni）：

鎳是唯一能同時提高鋼的強度、淬透性和韌性的元素，但對耐磨性和二次硬化性能無顯著貢獻。鎳會惡化工藝性能，如可鍛性、軟化性和切削性，因此在冷作模具鋼中較少應用。但在大截面的熱作模具鋼和塑料模具鋼中，加入少量鎳以提高淬透性和韌性。

錳（Mn）：

錳能顯著提高淬透性，降低Ms點，增加淬火后鋼中殘余奧氏體量，從而減少淬火后的尺寸變形。錳是空淬微變形冷作模具鋼的基本成分，也是高碳奧氏體無磁模具鋼的主要合金元素。但錳會加劇回火脆性和過熱敏感性，因此宜與其他合金元素復合添加。在抗沖擊及高韌性的冷作模具鋼中，錳的含量受到限制（Mn≦0.6%-0.8%）。

硅（Si）：

硅能顯著提高鋼的變形抗力和沖擊疲勞抗力，提高回火穩定性和抗氧化性能，但會降低鋼的塑性、韌性和增大脫碳傾向。在傳統抗沖擊鋼中，硅的含量為0.5%-2.0%。硅含量較高時，易導致加熱保溫過程中鋼中碳的石墨化。

鈷（Co）：

鈷能提高高速鋼的二次硬化效果，即提高紅硬性；顯著改善含鎳馬氏體時效鋼的強韌性，使其具有優異的綜合力學性能；同時提高耐熱鋼和熱作模具鋼的耐熱性和熱強性。

硫（S）：

硫是鋼中的有害元素，與鐵和錳化合生成FeS和MnS，增加鋼的熱脆性，降低強度和韌性。但硫能改善鋼的切削性能，因此發展了含硫易切削鋼。

磷（P）：

磷也是鋼中的有害元素，增加鋼的脆性，尤其是低溫脆性（冷脆），并提高回火脆性的敏感性。但當磷與錳共存時，即使在高溫回火范圍內也會產生回火脆性。然而，磷能提高鋼的強度和耐蝕性能，因此發展了含磷的低合金鋼和鋼軌鋼，以提高它們的耐蝕性、耐磨性和抗壓性能。