در طي فرآيند آلياژي ، فلزات تركيب مي شوند تا ساختارهاي جديدي ايجاد كنند كه استحكام بالاتر، خوردگي كمتر يا ساير خواص ايجاد مي كند. فولاد ضد زنگ نمونه اي از فولاد آلياژي است كه شامل افزودن كروم است. اثرات خاص اضافه شدن چنين عناصر در زير بيان شده است:
كربن ( (C
مهمترين ماده سازنده فولاد كربن است. استحكام كششي ، سختي پذيري و مقاومت در برابر سايش را افزايش مي دهد. انعطاف پذيري، چقرمگي و ماشينكاري را كاهش مي دهد.
قيمت ورق آهن
كروم (Cr)
كروم به دليل سختي بالا و مقاومت در برابر خوردگي يكي از محبوب ترين فلزات آلياژي براي فولاد است. كروم يك فلز خاكستري ، سخت و شكننده با مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و نقطه ذوب 1907 درجه سانتيگراد (3465 درجه فارنهايت) است. كروم در فولاد براي افزايش سختي‌پذيري آلياژ مي شود. ميزان كروم بالا از 4 تا 18 درصد باعث مقاومت در برابر خوردگي بالاتر مي شود. به عنوان مثال: يكي از آلياژهاي پركاربرد فولاد ، يعني فولاد ضد زنگ ، داراي حداقل كروم حداقل 10.5٪ است و باعث مي شود در برابر آب ، گرما يا خوردگي، مقاومت بيشتري را دارا باشند.
واناديوم (V)
اين عنصر آلياژي، استحكام، سختي، مقاومت در برابر سايش و مقاومت در برابر ضربه را افزايش مي دهد. اين عنصر رشد دانه را به تاخير مي اندازد و دماي كوئنچ را بالاتر مي برد. از واناديوم براي كمك به كنترل اندازه دانه هاي فولاد استفاده مي شود. در واقع اندازه دانه را كوچك نگه مي‌دارد، زيرا كاربيدهاي واناديوم كه هنگام اضافه شدن واناديوم به فولاد تشكيل مي شوند مانع از رشد دانه ميشوند. اين ساختار ريزدانه به افزايش شكل پذيري كمك مي كند. در برخي از فولادها ، كاربيدهاي تشكيل شده توسط واناديوم مي توانند سختي و استحكام فولاد را افزايش دهند.
فولادهاي A3 ، A9 ، O1 و D2 ، آلياژهاي فولادي با مقادير زيادي واناديوم هستند. فولادهاي تيغه اي مانند M390 و VG 10 نيز مقادير نسبتاً بالايي واناديوم دارند.
تنگستن (W)
استحكام ، مقاومت در برابر سايش ، سختي و سفتي را افزايش مي دهد. فولادهاي داراي تنگستن، قابليت گرم كاري بسيار زياد و برش بهتر در دماهاي بالا را دارا هستند.
منگنز (Mn)
در فولاد آلياژي، منگنز به طور معمول در تركيب با گوگرد و فسفر استفاده مي شود. منگنز به كاهش شكنندگي كمك مي كند و باعث افزايش قابليت فورجينگ، استحكام كششي و مقاومت در برابر سايش مي شود. منگنز با گوگرد واكنش نشان مي دهد و در نتيجه سولفيد منگنز مانع از تشكيل سولفيدهاي آهن مي شود. منگنز نيز به دليل سخت شدن بهتر به منگنز اضافه مي شود زيرا منجر به كندتر شدن سرعت كوئنچ كردن در تكنيك هاي سخت شدن مي شود. اكسيژن اضافي را مي توان در فولاد مذاب با استفاده از منگنز از بين برد.
نيكل (Ni)
يكي ديگر از عناصر آلياژي بسيار مهم براي فولادهاي ضد زنگ ، نيكل است كه به مقدار بيش از 8٪ به استيل حاوي كروم بالا اضافه مي شود. نيكل مقاومت ، استحكام در برابر ضربه و چقرمگي را افزايش مي دهد و در عين حال مقاومت در برابر اكسيداسيون و خوردگي را نيز بهبود مي بخشد. هنگامي كه اين آلياژ در دماهاي كم، به مقدار كم اضافه مي شود چقرمگي را افزايش مي دهد.
زيركونيوم (Zr)
اين عنصر سبب افزايش استحكام و محدوديت در اندازه دانه‌ها ميشود. استحكام را مي توان در دماهاي بسيار پايين (زير انجماد) افزايش داد. فولادهايي كه داراي زيركونيوم تا حدود 0.1٪ هستند ، داراي اندازه دانه هاي كوچكتر و مقاومت در برابر شكستگي هستند.
تيتانيوم (Ti)
در حالي كه اندازه دانه آستنيتي را محدود مي كند ، استحكام و مقاومت در برابر خوردگي را نيز بهبود مي بخشد. در محتواي 0.25-0.60 درصد تيتانيوم، كربن با تيتانيوم تركيب مي شود و باعث مي شود كروم در مرزهاي دانه بماند و در برابر اكسيداسيون مقاومت كند.
گوگرد (S)
اگر گوگرد به مقدار كم به فولاد اضافه شود، باعث بهبود ماشين كاري مي شود بدون اينكه باعث شكنندگي فولاد در اثر حرارت شود. با افزودن منگنز شكنندگي حرارتي بيشتر كاهش مي يابد به اين دليل كه سولفيد منگنز داراي نقطه ذوب بالاتري نسبت به سولفيد آهن است.
سلنيوم
قابليت ماشين كاري را افزايش مي دهد. افزودن سلنيوم به مقدار كم (0.04-0.08٪) تأثير قابل توجهي در ماهيت ، مورفولوژي و پراكندگي اجزاء غير فلزي و بنابراين خواص مكانيكي ، تكنولوژيكي و عملياتي فولاد سازه دارند.
فسفر
اين عنصر اغلب به همراه گوگرد به منظور بهبود ماشينكاري به فولادهاي كم آلياژ اضافه مي شود. همچنين باعث افزايش استحكام و افزايش مقاومت در برابر خوردگي مي شود. فسفر بيش از 0.4% باعث مي شود كه جوش شكننده شود و تمايل به ترك افزايش يابد. كشش سطحي فلز مذاب جوش كاهش يافته و كنترل آن دشوار ميشود.
نيوبيوم
با تشكيل كاربيدهاي سخت كه باعث ثبات كربن ميشود داراي مزيت است. اغلب در فولادهاي دماي بالا يافت مي شود. مقادير كم نيوبيوم مي تواند استحكام تسليم را به ميزان قابل توجهي افزايش دهد.
نيتروژن
استحكام آستنيتي فولادهاي ضد زنگ را افزايش داده و استحكام تسليم در اين فولادها را بهبود مي بخشد.
موليبدن
به مقدار كمي در فولادهاي ضد زنگ وجود دارد ، موليبدن سختي و استحكام را خصوصاً در دماهاي بالا افزايش مي دهد. موليبدن مانند كروم در مقاومت در برابر خوردگي فولاد تأثير دارد. با كم كردن سرعت كوئنچ در طي فرآيند عمليات حرارتي ، براي ساختن يك فولاد قوي و محكم، موليبدن سختي پذيري را افزايش مي دهد. اين عنصر اغلب در فولادهاي آستنيتي كروم-نيكل استفاده مي شود و آن را در برابر خوردگي حفره‌اي ناشي از كلريدها و مواد شيميايي محافظت مي كند. بنابراين ، اين آلياژها اغلب در صنايع شيميايي مورد استفاده قرار مي گيرند.
موليبدن در فرم خالص آن نيز يك عنصر اساسي براي تغذيه گياهان است ، بنابراين مي بينيد كه در طيف گسترده اي از كودها مورد استفاده قرار مي گيرد.
مس
در فولادها بعنوان ماده باقيمانده يافت مي شوند زيرا اثر مخرب براي فولاد دارد. براي افزايش مقاومت در برابر خوردگي اضافه مي شود.
سرب
اگرچه تقريباً در فولاد مايع يا جامد نامحلول است ، بعضي اوقات سرب با روش پراكندگي مكانيكي به فولادهاي كربن اضافه مي شود تا بتواند قابليت ماشينكاري را بهبود بخشد.
كبالت
باعث افزايش مقاومت در دماهاي بالا و نفوذپذيري مغناطيسي مي شود.
آلومينيوم
يك اكسيدزداي قوي است كه براي محدود كردن رشد دانه هاي آستنيتي استفاده مي شود.
سيليكون
سيليكون تا حدودي در تمام فولادها وجود دارد. سيليكون استحكام و سختي را افزايش مي دهد اما نسبت به منگنز اين ميزان كمتر است. محتواي آن براي ورق هاي برقي كه در مدارهاي مغناطيسي جريان متناوب استفاده مي شوند مي تواند تا 4٪ برسد. هنگام جوشكاري ، سيليكون براي كيفيت سطح خصوصاً در گريدها كم كربن، مضر است. وقتي كه محتواي كربن نسبتاً زياد باشد، تمايل به ترك خوردگي را تشديد مي كند. براي بهترين شرايط جوشكاري، محتواي سيليكون نبايد از 0.10٪ تجاوز كند.