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为了改善和增强钢的某些性能，使其获得某些特殊性能，在冶炼过程中故意添加的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、硅、锰、铝、铜、硼、稀土等，磷、硫、氮等也作为合金在某些情况下。
(1)Chrome(Cr)
铬可以增加钢的淬透性，具有二次硬化的作用，可以在不使钢变脆的情况下增加碳钢的硬度和耐磨性能。当含量超过12%时，钢具有良好的抗高温氧化和抗氧化腐蚀性能，同时也增加了钢的热强度。铬是不锈钢、耐酸钢和耐热钢的主要合金元素。
铬可以提高碳钢在轧制状态下的强度和硬度，并降低延伸率和断面率。当铬含量超过15%时，强度和硬度会下降，伸长率和断面收缩率会相应增加。含铬钢零件经磨削后容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质组织中的主要作用是提高淬透性，使钢在调质后具有更好的综合力学性能。含铬碳化物还可在渗碳钢中形成，从而改善材料表面耐磨性。
含铬弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性能、硬度和红硬性，并具有良好的回火稳定性。在电加热合金中，铬可以提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
(2）nickel (Ni)
镍强化钢中的铁素体，细化珠光体。总体效果是增加强度，对塑性的影响不显着。一般来说，对于未经调质的轧制、正火或退火状态的低碳钢，一定的镍含量可以提高钢的强度而不显着降低其韧性。据统计，每增加1%的镍，强度可提高约29.4Pa。随着镍含量的增加，钢的屈服比抗拉强度增加得更快，所以含镍钢的比例可以高于普通碳素钢。虽然镍提高了钢的强度，但与其他合金元素相比，它对其他工艺的韧性、塑性和性能的损害较小。对于中碳钢，镍降低珠光体转变温度，使珠光体更细；并且由于镍降低了共析点的含碳量，因此它比相同含碳量的碳钢具有更多的珠光体。含镍珠光体铁素体钢的强度高于同等含碳量的碳素钢。反之，如果钢的强度相同，可以适当降低含镍钢的碳含量高铬合金耐磨钢板，可以提高钢的韧性和塑性。镍可以提高钢的抗疲劳性，降低钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，对低温钢具有重要意义。含镍3.5%的钢可在-100℃下使用，含9%镍的钢可在-196℃下使用。镍不会增加钢的抗蠕变能力，因此一般不用作热强钢的强化元素。
对于镍含量高的铁镍合金，线膨胀系数随镍含量的增加或减少而发生显着变化。利用该特性高铬合金耐磨钢板，可以设计生产线膨胀系数极低或一定的精密合金、双金属材料等。
此外，在钢中加入镍不仅可以耐酸，还可以耐碱，对大气和盐分具有耐腐蚀性。镍是不锈耐酸钢的重要元素之一。
