基本介紹
基本信息,原子結構特徵,分類,按冶金工業,按密度,按儲量,在鋼中作用,矽（Si）,錳（Mn）,鉻（Cr）,鎳（Ni）,鉬（Mo）,鎢（W）,釩（V）,鈦（Ti）,鈮（Nb）,硼（B）,鋁（Al）,S（硫）,氫（H）,氮（N）,氧（O）,
基本信息
金屬元素是具有金屬通性的元素。
除Sn(錫)、Sb(銻)、Bi(鉍)等少數幾種金屬的原子最外層電子數大於或等於4以外，絕大多數金屬原子的最外層電子數均小於4，所以其原子容易失去電子而本身常以陽離子形態存在於化合物中。它們的化合物和氫氧化物一般呈鹼性。
原子結構特徵
除Sn、Sb、Bi等少數幾種金屬的原子最外層電子數大於或等於4以外，絕大多數金屬原子的最外層電子數均小於4，主族金屬原子的外圍電子排布為ns1 或ns2 或np(1-4)，過渡金屬的外圍電子排布可表示為ns(1-2)(n-1)d(1-10)。主族金屬元素的原子半徑均比同周期非金屬元素(稀有氣體除外)的原子半徑大。
元素周期表
元素周期表金屬元素在元素周期表里的排布：
分類
按冶金工業
黑色金屬：鐵、鉻、錳。
有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬。
按密度
輕金屬：密度小於4.5克/立方厘米。
重金屬：密度大於4.5克/立方厘米。
按儲量
常見金屬：鐵、鋁等。
在鋼中作用
矽（Si）
1、提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低。
2、矽能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比，這是一般彈簧鋼。
3、耐腐蝕性。矽的質量分數為15%-20%的高矽鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有矽的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。
4、磁鋼中的主要合金元素（含量在0.40%範圍內時，改善熱裂傾向，含量高時，易形成柱狀晶，增加熱裂傾向）。
5、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性缺點：使鋼的焊接性能惡化。
錳（Mn）
1、在低含量範圍內，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、在高含量範圍內，作為主要的奧氏體化元素。
5、錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用。
6、錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。
錳鋼的主要缺點是：①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現象；②錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服；③當錳的質量分數超過1%時，會使鋼的焊接性能變壞；④錳會使鋼的耐鏽蝕性能降低。
鉻（Cr）
1、鉻可提高鋼的強度和硬度。
2、鉻可提高鋼的高溫機械性能。
3、使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性。
4、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。
5、阻止石墨化缺點：①鉻是顯著提高鋼的脆性轉變溫度；②鉻能促進鋼的回火脆性。
鎳（Ni）
1、可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。
2、鎳可降低鋼的脆性轉變溫度，即可提高鋼的低溫韌性。
3、改善鋼的加工性和可焊性。
4、鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗鹼和大氣的腐蝕。
鉬（Mo）
1、鉬對鐵素體有固溶強化作用，提高鋼的強度和硬度。
2、提高鋼的耐熱性和高溫強度。
3、抗氫侵蝕的作用。
4、降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。
缺點：鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發生石墨化的傾向。
鎢（W）
1、提高強度。
2、提高鋼的高溫強度。
3、提高鋼的抗氫性能。
4、是使鋼具有熱硬性。
因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。
釩（V）
1、改善熱強性。
2、釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。
鈦（Ti）
1、鈦能改善鋼的熱強性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度。
2、能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩定性。使鋼在高壓下對氫的穩定性高達600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。
鈮（Nb）
1、鈮和碳、氮、氧都有極強的結合力，並與之形成相應的極為穩定的化合物，因而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。
2、有極好的抗氫性能。
3、鈮能提高鋼的熱強性。
硼（B）
1、提高鋼的淬透性。
2、提高鋼的高溫強度。強化晶界的作用。
鋁（Al）
1、用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細化晶粒，抑制低碳鋼的時效，改善鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度；
2、提高鋼的抗氧化性能。曾對鐵鋁合金的抗氧化性進行了較多的研究：4%AI即可改變氧化皮的結構，加入6%Al可使鋼在980C以下具有抗氧化性。當鋁和鉻配合併用時，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含鐵50%一55%、鉻30%-35%、鋁10%-15%的合金，在1400C高溫時，仍具有相當好的抗氧化性。由於鋁的這一作用，近年來，常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中。
3、此外，鋁還能提高對硫化氫和V2O5的抗腐蝕性。
缺點：①脫氧時如用鋁量過多，將促進鋼的石墨化傾向；②當含鋁較高時．其高溫強度和韌性較低。
S（硫）
1、硫在鋼中以FeS-Fe共晶體存在於鋼的晶粒周界，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、在機械製造中，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。
缺點：硫含量的提高，增加鑄件熱裂傾向。
氫（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。
氮（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，並與鋼中的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。氮化物多時，會使鋼的塑性和韌性降低。
2、氮屬於擴大奧氏體區元素，在鋼中可部分代替鎳的作用，是鉻錳氮不鏽鋼中的合金元素，在超低碳不鏽鋼中，可代替碳的作用，提高鋼的強度。
氧（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。
