合金元素在钢中的作用

碳（C）：

碳对钢的力学性能有重要影响。在热作模具钢中，随着含碳量的增加，钢的强度、硬度和耐磨性提高，但塑性和韧性降低。对于冷作模具钢，含碳量的增加会提升抗弯强度和耐磨性，而含碳量的减少则增强韧性，但会降低抗弯强度和耐磨性。因此，抗冲击及高强韧冷作模具钢的含碳量通常控制在0.5%-0.7%，而高耐磨性模具钢的含碳量则达到1.2%-2.3%。碳还能提高钢的淬透性，但会降低耐蚀性、焊接性能和冷成形性能。

铬（Cr）：

铬能显著提升钢的耐蚀性和抗氧化性，增大淬透性，产生二次硬化效应，形成特殊碳化物以提高耐磨性。同时，铬在改善钢的使用性能时，不会损害其工艺性能。此外，铬还能提高钢的高温强度，是冷作、热作和塑料模具钢的基本合金元素。

钼（Mo）：

钼能增强钢的二次硬化能力、高温强度和抗蠕变性能，提高抗过热敏感性和淬透性，同时抑制回火脆性。在耐蚀塑料模具钢中，钼还能提高氧化物介质中的耐蚀性，但会增加脱碳的倾向。

钨（W）：

钨在钢中的作用与钼相似，能形成坚硬稳定的碳化物，提高淬、回火钢的红硬性。钨在增强耐磨性和抗过热敏感性方面优于钼，但含钨量过高会显著降低钢的韧性。

钒（V）：

钒能细化晶粒，显著提高耐磨性和二次硬化能力，同时提高抗过热敏感性。但钒含量过多会恶化钢的可锻造性能和磨削性能，因此钢中的钒含量一般控制在0.2%-2%左右。

镍（Ni）：

镍是唯一能同时提高钢的强度、淬透性和韧性的元素，但对耐磨性和二次硬化性能无显著贡献。镍会恶化工艺性能，如可锻性、软化性和切削性，因此在冷作模具钢中较少应用。但在大截面的热作模具钢和塑料模具钢中，加入少量镍以提高淬透性和韧性。

锰（Mn）：

锰能显著提高淬透性，降低Ms点，增加淬火后钢中残余奥氏体量，从而减少淬火后的尺寸变形。锰是空淬微变形冷作模具钢的基本成分，也是高碳奥氏体无磁模具钢的主要合金元素。但锰会加剧回火脆性和过热敏感性，因此宜与其他合金元素复合添加。在抗冲击及高韧性的冷作模具钢中，锰的含量受到限制（Mn≦0.6%-0.8%）。

硅（Si）：

硅能显著提高钢的变形抗力和冲击疲劳抗力，提高回火稳定性和抗氧化性能，但会降低钢的塑性、韧性和增大脱碳倾向。在传统抗冲击钢中，硅的含量为0.5%-2.0%。硅含量较高时，易导致加热保温过程中钢中碳的石墨化。

钴（Co）：

钴能提高高速钢的二次硬化效果，即提高红硬性；显著改善含镍马氏体时效钢的强韧性，使其具有优异的综合力学性能；同时提高耐热钢和热作模具钢的耐热性和热强性。

硫（S）：

硫是钢中的有害元素，与铁和锰化合生成FeS和MnS，增加钢的热脆性，降低强度和韧性。但硫能改善钢的切削性能，因此发展了含硫易切削钢。

磷（P）：

磷也是钢中的有害元素，增加钢的脆性，尤其是低温脆性（冷脆），并提高回火脆性的敏感性。但当磷与锰共存时，即使在高温回火范围内也会产生回火脆性。然而，磷能提高钢的强度和耐蚀性能，因此发展了含磷的低合金钢和钢轨钢，以提高它们的耐蚀性、耐磨性和抗压性能。