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合金元素在钢铁中的存在形式及其影响
日期：2024-05-10 11:34
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摘要：
合金元素在钢铁中的存在形式及其影响
一、碳
碳是钢铁中的重要元素，它是区分钢铁的主要标志之一。在决定钢号时，往往注意到碳的含量，碳对钢铁的性能起决定性的作用。由于碳的存在，才能将钢进行热处理，才能调节和改变其机械性能。当碳含量在一定范围内时，随着碳含量的增加，钢的硬度和强度得到提高，其塑性韧性下降；反之，则硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。
碳在钢铁中的存在形式可分为下列两种：
1、化合碳：即碳以化合形态存在。在钢中主要以铁的碳化物（如Fe3C）和合金元素的碳化物形态存在。在合金钢中常见的碳化物，如：Mn3C、Cr3C2、WC、W2C、VC、MoC、TiC等，统称为化合碳。
2、游离碳：铁碳固溶体中的碳、无定形碳、石墨碳、退火碳等统称为游离碳。高碳钢经退火处理时也会有部分游离碳析出。在铸铁中的碳，除了极少量固溶于铁素体外，常常以游离形态或化合形态，或二者并存的形态存在。化合碳与游离碳总和称为总碳量。在分析游离碳较多的铸铁等试样时，应特别注意样品的代表性和均匀性。
游离碳一般不和酸起作用，而化合碳能溶于酸中，借此性质可分离游离碳。碳化铁容易溶解在各种酸中，并容易被空气所氧化，但是碳化铁不溶于冷的和稀的非氧化性酸（硫酸、盐酸）内，大部分碳化物以黑色或深褐色的沉淀而沉降下来，但是，这种沉淀在氧化剂甚至于在空气中的氧参与下都很易溶解，受到浓硫酸、浓硝酸作用时，碳化铁即被分解而析出不同组分的挥发性碳。
大多数合金元素的碳化物难溶于酸内，为使其完全分解，需采取适当的措施，例如：
1、在加热的情况下，将钢样用盐酸或硫酸处理，直至金属部分完全溶解，然后小心加入硝酸使碳化物破坏。
2、钢样内如含有稳定的碳化物时，在用硝酸氧化以前，先行蒸发至开始冒硫酸烟（或蒸发硫磷酸至冒硫酸白烟），然后再仔细地滴加浓硝酸。
3、在钢样中含有极稳定的碳化物，用上述方法不能溶解时，可将钢样用热盐酸、硝酸或盐—硝混合酸处理后，再用高氯酸处理。在高氯酸蒸发的温度（约200℃）下加热，这时全部碳化物即会分解。
二、硅
硅在钢铁中主要以固溶体形式存在，还可形成硅化物，其形式有MnSi或FeMnSi等；也有少许以硅酸盐以及游离SiO2的形式成为钢铁中非金属夹杂物而存在，在高碳钢中可能有少量SiC形式存在。
硅和氧的亲和力仅次于铝和钛，而强于铬、锰和钒。所以在炼钢过程中，硅用作还原剂和脱氧剂。硅能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性，又能增大钢的电阻系数。故钢中含硅量一般不小于0.10%，作为一种合金元素，一般不低于0.4%，耐酸耐热钢及弹簧钢中含硅量较高，而硅钢中含硅量可高达4%以上。
单质硅只能与氢氟酸作用，与其它无机酸不起作用，但能溶解于强碱的溶液中。钢中大多数的硅化物是能溶于酸的。但如遇周期表Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ副族元素和部分过渡元素的难溶性硅化物时，则只有用硝酸—氢氟酸或硫酸—磷酸混合酸才能分解。
硅对化学分析的影响，主要表现为当钢中硅含量较高时，在溶解的过程中容易产生硅酸沉淀。此外，在测定其它元素时，为了消除硅酸的影响，有以下两种方法：一是加氢氟酸成SiF4气体逸出（可以在铂皿、黄金皿、刚玉器皿或聚四氟乙烯器皿中进行）；二是脱水后成SiO2沉淀滤去。
三、磷
磷在钢中以固溶体和磷化物形态存在。磷化物形态有Fe3P、Fe2P等，极少量有时呈磷酸盐夹杂物存在。磷在钢中的分布具有不同程度的偏析现象，所以取样时应注意代表性。
Fe3P是一种很硬而脆性大的物质，当磷含量高时易形成Fe3P，增加钢的冷脆敏感性、增加钢的回火脆性以及焊接裂纹敏感性。一般认为在钢中含磷量高于0.1%时，便会发生上述的危害性。通常的情况下认为磷是钢中有害的元素，但是它也有可利用的一面。例如：磷和铜联合作用时，能提高钢的抗蚀性；它和锰、硫联合作用时，能改善钢的切削加工性。例如：我国易切结构钢Y12含磷0.08-0.15%。
钢中绝大部分磷化物是能溶于酸的，但是，用非氧化性酸溶解时会以PH3形态逸出。在氧化性酸中，大部分生成正磷酸H3PO4，也有一部分生成焦磷酸H4P2O7、偏磷酸HPO3或次磷酸H3PO2状态。因此在分析磷时，除了一定要用氧化性酸溶样外，还要用强氧化剂氧化，使之全部成H3PO4形态，方可继续测定。
四、硫
硫主要以硫化物的形态存在于钢中。在钢中有大量锰存在时，主要形成MnS和FeS，而很少形成其它硫化物，如：CrS、FeS·Cr2S3、VS、TiS等等。一般认为硫是钢中有害元素之一。硫在钢中易于偏析，恶化钢的质量。如以熔点较低的FeS的形式存在时，将导致钢的热脆现象。此外，硫存在于钢内能使钢的机械性能降低，同时对钢的耐蚀性、可焊性也不利。
由于硫在钢中易于偏析，因此取样时必须注意代表性。钢中硫化物一般易溶于酸中，在非氧化性酸中生成硫化氢逸出，在氧化性酸中转化成硫酸盐。硫化物在高温下（1250-1350℃）通氧燃烧大部分转化为SO2气体，转化为SO2的作用并不完全。
硫在化学分析中的影响，通常表现在气体容量法定碳时，必须考虑要有良好的脱硫剂，否则会使碳的结果偏高。
五、锰
锰在钢中除了形成固溶体外，还能形成MnS、Mn3C以及少量的MnSi、FeMnSi、氧化物（如MnO、MnO·SiO2等）和氮化物等。
锰在冶炼钢铁过程中，通常作为脱氧剂及脱硫剂而特意加入。锰与硫能形成熔点较高的MnS，可防止因FeS而导致的热脆现象，并因此提高了钢的可锻性，锰还能使钢铁的硬度和强度增加。
锰溶于稀酸中，生成二价锰离子，锰化物也都很活泼，容易溶解和氧化。由于锰的价态较多（有2、3、4、6、7价），这就为测定锰提供了有利的因素。
锰对化学分析的影响，主要有两个方面：一是锰含量高时，在低酸度介质中遇强氧化剂产生棕色混浊；二是锰含量高时，使溶液中其它元素的氧化难于完全，如高锰钢中磷的氧化就是如此。遇此情况需考虑适当的氧化方法。
六、铬
铬是合金钢生产中应用*广的元素之一。铬能增强钢的机械性能和耐磨性，增加钢的淬透性及淬火后的抗变形能力，增强钢的弹性、抗磁性、耐蚀性和耐热性。
铬在钢中的形态较复杂，除了部分存在于铁固溶体中以外，还可能形成碳化物（FeCr）3C、Cr3C2、Cr7C3、Cr23C6等）、氮化物（CrN、Cr2N）、硫化物（CrS、FeS·Cr2S3）、氧化物[CrxOy、（Fe，Mn）O·Cr2O3]与金属铁的化合物（FeCr）和硅化物（Cr3Si等）。其中以铬的碳化物和氮化物状态较为稳定。
铬能在热的盐酸和浓硫酸中迅速溶解。如下式：
Cr＋2HCl＝CrCl3＋H2↑
2Cr＋6H2SO4＝Cr2（SO4）3＋3SO2＋6H2O
铬在强碱溶液中也能溶解，但与浓硝酸作用时由于在其表面生成一层致密的氧化膜而被钝化，以致不能溶解。一般处于固溶体中的铬易溶于盐酸、稀硫酸或高氯酸中，但残留的铬的碳化物或氮化物，通常用加浓硝酸、或加热至冒硫酸烟或冒高氯酸烟时才能破坏。有的甚至需在硫酸冒烟时，滴加硝酸才能破坏。在测定高碳高铬试样中铬时，往往不允许长时间冒高氯酸烟，钢样就必须在王水或盐酸—硝酸混合酸中溶解后，加硫磷混合酸蒸至冒硫酸烟，再滴加浓硝酸，方能使试样溶解完全。有些铬的碳化物（如Cr23C6、Cr7C3等相）在还原性酸中加热可以逐渐溶解，但在H2O2中却容易钝化。
铬对其它元素化学分析的影响，主要有两方面：一是铬离子是有色的（三价为绿色，六价为黄色），在比色时需考虑色泽空白；二是高价铬离子有氧化性，对某些有机显色剂有氧化作用，遇此情况应将其还原到低价。上述影响亦可用分离的方法将铬去除。通常较简便的方法就是在高氯酸冒烟时加盐酸（或氯化钠）使铬成氯化铬酰CrO2Cl2驱除。
Cr2O7-2＋4Cl-＋6H+＝2CrO2Cl2↑＋3H2O
七、镍
普通钢中的含镍量在0.3%以下，不起合金元素作用。平均含镍量在0.5%以上的钢就可算镍钢。镍作为合金元素能使钢具有**的机械性能，即可使钢具有韧性、防腐抗酸性、高导磁性，并使晶粒细化提高淬透性，增加硬度等。在许多特殊钢和合金中镍含量更高。在奥氏体钢中的镍量超过8%，从而增加钢的耐蚀性能和良好的可焊性，耐热钢中含镍量有的超过20%，从而增加钢的耐热性。含镍25%的钢即具有抗熔融碱的特殊性能，而含镍量36%的高镍钢对热膨胀以及电磁的敏感性很强。
镍在钢中主要以固溶体的形态存在。由于镍在钢中并不形成稳定的化合物，所以大多数含镍钢和合金都溶于酸中。纯镍与盐酸或稀硫酸反应很缓慢，然而同浓硝酸激烈反应，在浓硝酸中加少量盐酸反应也相当快。然而浓硝酸对铁有钝化作用，所以在溶解含镍钢时，镍含量低的用硝酸（1+3）或盐酸（1+1）；含镍高的用硝酸（1+3）；高镍铬钢用王水或盐酸—硝酸混合酸（1+1）或高氯酸。
镍在化学分析中的影响，主要是离子有色对比色有影响。镍的掩蔽剂除氰化物以外，很少有与之络合能减少镍离子的颜色的掩蔽剂。因此应考虑采取试样空白或通过分离镍而消除其影响。
八、钛
钛是较为活泼的金属元素之一，它和氮、氧、碳都有极强的亲和力，和硫的亲和力也强于铁和硫的亲和力，因此它是一种良好的脱氧去气剂，是定碳和氮的有效元素，加入适当的钛能改变钢的品质和提高机械性能，能提高耐热钢的抗氧化性和热强性，提高不锈钢的耐蚀性，并对钢的焊接也有利。
钢中的钛除了固溶钛以外，其化合物极其复杂，能形成TiC、TiN、TiS、TiO、TiO2等等。
金属钛能溶于热浓盐酸中，2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑，更易溶解于HF＋HCl（H2SO4）中，这时除浓酸与金属的作用外，还利用F-与Ti4+的络合作用，促进钛分解：
Ti＋6HF＝TiF-26＋2H+＋2H2↑
钛可溶于盐酸、浓硫酸、王水和氢氟酸中，但钛的碳化物、氮化物和氧化物，化学惰性较大。钢中钛除固溶钛外，还有化合钛，它们对酸的溶解性质有差异。因此就引起了分析方法有总钛量，化合钛和金属钛测定的区别。（也有称为所谓“酸溶钛”和“酸不溶钛”的区别）
钛在化学分析的影响有如下两点：一是四价钛在低酸度溶液中很易水解形成白色偏钛酸沉淀或胶体，后者难溶于酸中，因此在分析过程中应保持溶液的一定酸度以防止水解，或采用加络合剂的方法掩蔽钛。二是三价钛离子呈紫色，不稳定，易被空气和氧化剂氧化成四价。
九、钒
钒是钢铁中很重要的合金元素之一，就我国钢铁体系来讲，Mo、W、V、Ti、Nb和Xt等合金元素是我国合金元素的重要组成部分。钢中含有钒使钢具有特殊的机械性能，提高钢的抗张强度和屈服点，尤其是提高钢的高温强度，提高工具钢的使用寿命。钒和硫、氮、氧都有强的亲和力，在炼钢时，可用作细化晶粒的脱氧剂。
钒在钢中除了固溶钒外，还可形成VC、V2C、VN、FeV2O4、V2O3、VO和V2O5等，其中VC往往形成缺碳的V4C3。因此钢中钒的碳化物常是V4C3和V2C形态。
钒除了与氢氟酸作用外，它不和非氧化性酸作用。它能溶于硝酸或硝酸与盐酸的混合酸中。钒的碳化物是很稳定的，用硫酸或盐酸处理时，几乎不能溶解，只有以硝酸（或过氧化氢）氧化并经硫酸冒烟处理后才能溶解。钒以四价状态存在于溶液中，四价钒受到强氧化剂（如高锰酸钾）作用时，则变成五价钒并形成钒酸。
钒对化学分析的影响主要有两个方面：一是钒离子是有色的（五价呈黄色，四价呈蓝色），比色时需考虑色泽空白；二是五价钒是氧化剂，不稳定，易被还原，对某些有机显色剂有氧化作用。另外，五价钒能与磷、钼一起生成络合物，使磷的测定结果偏低，故常用亚铁将其还原成低价以消除其干扰。
十、钼
钼在钢中除固溶钼外，还可能形成碳化物，（Mo2C、MoC、（Fe，Mo）3C、（Fe，Mo）6C等等，氮化物（MoN）以及硼化物等。但在低合金钢中主要形态是碳化物。钼作为合金元素加入钢中，能增加钢的强度而不减其塑性和韧性，同时能使钢在高温下有足够的强度，且改善钢的耐蚀、冷脆性等。
钼只与浓硝酸、热的浓硫酸作用。而含钼钢能溶于稀硫酸和盐酸中，低合金钢中的钼主要以碳化物形态存在，不溶于稀硫酸和盐酸，但可溶于硝酸。硝酸不仅能分解钼的碳化物，且能溶解金属钼（高纯的钼还需补加几滴过氧化氢才能溶解）。对于稳定的钼碳化物加热至冒硫酸烟才能分解。（有时尚须在冒烟时滴加浓硝酸），因此在测定钼时应予注意。
十一、钨
钨是重要的合金元素之一。它的作用主要是增加钢的回火稳定性、红硬性、热强性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性，高速工具钢和硬质合金都必须含有较多量的钨。
钨在钢中主要以碳化物形式存在。如Fe3W3C、Fe21W2C、WC、W2C等。部分钨能溶于基体形成固溶体。此外还能形成Fe2W、W2N等。
钨不与盐酸和硫酸作用，仅微溶于硝酸、氢氟酸和王水。为了使钨溶解，可以使它形成络合物。例如在浓磷酸中由于生成磷钨酸H3[P（W3O10）4]而能促使钨溶解。金属钨还可以溶解于硝酸—氢氟酸中。这是由于六价钨能与氟离子生成稳定的络合物而进入溶液。钨亦溶于过氧化氢中。曾经有人用过氧化氢与草酸的混合物溶解钨铁，甚为快速。细粉末状的钨溶于煮沸的苛性碱金属钨酸盐并析出氢气。
钨的碳化物对还原性酸一般是稳定的。它们仅溶于氧化性酸溶液中。含钨钢通常易溶于盐酸（1+1）或硫酸（1+4）中。当用盐酸和硫酸处理钢样时，金属钨及其碳化物以重质黑色粉末状沉于容器底部，需缓慢滴加硝酸氧化，使其转化为钨酸，否则会使较多的铁、铬、钒、钼、钛、锆、锡、硅、磷等夹杂在钨酸中。钨酸稍溶于过量的盐酸和硝酸的混合酸中。在重量法或容量法中，以钨酸形式析出时，必须注意到上述情况。
钨对化学分析的影响是严重的，主要是因为钨含量高时极易水解产生混浊。要将其完全分离是困难的，并且用钨酸的形式分离时还会有吸附。消除这种影响的方法有三种：一是加磷酸、酒石酸或柠檬酸掩蔽；二是冒硫酸或高氯酸烟时钨酸脱水后过滤；三是用强碱使钨酸转变为可溶性的钨酸钠。
十二、铝
铝是钢的良好的脱氧剂、去气剂和致密剂之一。在不同的条件下，铝对钢的影响不一样。作为合金元素加入，可提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性能，在耐热钢中提高热强性，在渗氮钢中促使形成坚硬耐磨耐蚀的渗氮层。
铝在钢中主要以金属固溶体形态存在，此外还可形成氮化铝（AlN）、氧化铝（Al2O3），以及（FeMn）O·Al2O3、CaO·Al2O3和AlOxNy等夹杂物。
铝不与浓硝酸和浓硫酸发生作用。在稀硝酸中反应非常缓慢，易溶于盐酸。铝的氧化物在化学性质上是很稳定的，但是AlN很活泼，易溶于酸。所谓“酸溶铝”系指金属铝和氮化铝而言。“酸不溶于铝”主要指铝的氧化物。铝的氧化物不是**不溶解于酸，只是极少溶解于酸。而且随溶样酸的不同和温度不同而有差异。
铝在化学分析中有两点注意：一是在盐酸介质中AlCl3过热状态下易蒸发损失。二是铝与铁、铬、钛等元素常伴随在一起，加之铝是两性元素，因此在分离和测定铝时手续仍比较麻烦复杂。
十三、铌
铌在钢中主要以铌化物的形态存在。主要有NbC、Fe2Nb，其它形式有NbN、Nb2O2、Nb2O5等（其中NbC同VC一样，常因缺碳而形成Nb4C3，而Fe2Nb又因缺位或其它原因使其化学成分与Fe3Nb2相近，因此文献上常常写成Fe3Nb2）。
铌作为合金元素加入钢中，能显著地提高钢的强度和抗腐蚀性，改善钢的焊接性能。钢中铌通常为0.1-1%左右，普通低合金钢中铌含量在0.015-0.050%，而在高温用的结构钢中含铌量可达3%。
铌不溶于盐酸、硝酸及硫酸中，但易溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中，它与氢氟酸能缓慢地作用。它可以和熔融的苛性碱迅速发生反应生成铌酸盐，它与碱溶液能发生较显著的作用。所有铌化物对稀酸是稳定的，Fe2Nb只溶于含氧化剂的酸性溶液中。NbC和NbN可以溶于硝酸—氢氟酸、氢氟酸—过氧化氢、NH4F·HF—H2O2等混合酸中。NbC还可以溶解在饱和草酸—过氧化氢中。Nb2O5可溶于氢氟酸、硫酸—氢氟酸、加热至冒烟的浓硫酸中等。
当用酸分解钢样时，铌极易水解成铌酸析出沉淀，但在酒石酸、柠檬酸、草酸盐、过氧化氢或氢氟酸存在下，铌能形成可溶性的络合物。许多方法就是利用此特性使铌保存于溶液中而进行测定。
十四、钴
钴是世界上**的贵重金属，因此多用于冶炼特殊的钢和合金。
钴在特殊钢种中，能改善钢的高温性能，增强钢的红硬性，提高抗氧化及耐腐蚀能力，为超硬高速钢及高温合金的重要合金化元素，钴在钢和合金中的含量范围较大，在特殊的钴基高温合金中可高达50%左右，而在原子能和某些工业的钢种里，含钴量要求低于一定范围。（例如：在0.01%左右）
钴在钢中绝大部分以固溶体的形态存在，并不形成碳化物。
钴在稀盐酸和硫酸中反应很缓慢，能逐渐溶解，在热的盐酸中溶解较快，易溶于稀硝酸和王水，在浓硝酸中激烈反应。
钴离子是粉红色的，在比色分析时要注意消除其色泽影响。
十五、硼
为了改善钢的某些性能，常常向钢中加一定量的硼。比如在普通钢和结构钢中加入微量硼（一般平均含量在0.003%左右），可提高钢的淬透性，从而能提高零件截面性能的均匀性，在球光体耐热钢中加入微量硼可提高钢的高温强度，而在奥氏体钢中加入0.025%硼可提高钢的蠕变强度。用硼可节约镍、铬、钒、钼、钨等稀缺金属，可弥补我国镍、铬资源的不足。
硼在钢中除了以固溶体形态存在外，还可能形成各种硼化物。有碳硼化物[如Fe3（CB）、Fe23（CB）6]、氮化物（如BN）和氧化物（如B2O3）等等，在高硼钢中还会形成Fe2B、TiB等金属的硼化物。
在钢铁中硼的分析的主要内容常常有：全硼、“酸溶硼”和“酸不溶硼”等区别。所谓全硼是指固溶硼和化合硼的总量、“酸溶硼”常常是指能溶于5N硫酸中的固溶硼和碳硼化物中的硼。“酸不溶硼”就是指不溶于5N硫酸的其它一些硼化物，主要是BN、B2O3等等。
“酸不溶硼”并不是**的不溶解于酸，而是随着溶样酸的种类不同和溶解过程中是否加氧化剂（高锰酸钾、过氧化氢）而有所不同。“酸不溶硼”的残渣一般经碱融处理后均可溶解。
十六、稀土元素
一般所说的稀土元素，是指元素周期表中原子序数为57-71的镧系元素以及周期表ⅢB族中的钪和钇，共17个元素。由于这些元素大都是在矿石**生，而且化学性质也很相似，所以归为一类。在我国钢号中用“Xt”表示。
稀土元素的分类方法主要有两种：
1、将稀土元素分为两组
铈族元素：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕等七个元素。
钇族元素：钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪等十个元素。
2、将稀土元素分为三组
铈族元素：（轻稀土）镧、铈、镨、钕、钷、钐等六个元素。
铽族元素：（中稀土）铕、钆、铽等三个元素。
钇族元素：（重稀土）镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪等八个元素。
稀土元素在钢中，半数以上进入碳化物中，小部分进入夹杂物中，其余部分存在于固溶体中。稀土元素对氧、硫、磷、氮、氢等的亲和力都很强，和砷、锑、铅、铋、锡等也都能形成熔点较高的化合物。因此是很好的脱气、脱硫和**其它有害杂质的加入剂。钢中加入少量稀土，能提高钢的流动性，从而改善钢的表面质量；能显著提高不锈耐酸钢的热加工塑性。结构钢中加入稀土元素能提高其塑性和韧性，减弱可逆回火脆性等等。
稀土元素的性质极为相似，不易相互分离，一般皆以其混合物的形式加入钢中。因此，一般的分析也即测定其总量。然而，由于冶金技术和分析技术的发展，钢中加入单个稀土元素的方法日渐增多。
稀土元素易溶于酸。Ce+4具有氧化性，对氧化还原反应有一定影响。
17、铜
铜在退火钢中主要以固溶体或极微细的金属夹杂物形态存在。一般当铜含量大于0.8%时会出现后一种游离形态。
铜在钢中的含量一般在0.02%以下。通常它是钢中的有害杂质，使钢的机械性能降低，并在加热时导致金属表面的氧化，影响钢的质量。但有时也特意往钢中加入铜以代替部分镍。在低碳低合金钢中，特别与磷同时存在时，可提高钢的抗大气腐蚀性能。2-3%铜在奥氏体不锈钢中可提高其对硫酸、磷酸及盐酸等的抗腐蚀性及对应力腐蚀的稳定性。
铜不溶于稀盐酸或稀硫酸，但易溶于硝酸或热的浓硫酸。
铜在比色分析中的影响主要是在铜含量高时有色泽影响，应考虑色泽空白。
十八、氮
气体对钢的质量影响很大，在大多数情况下，气体的存在使钢发脆并出现裂缝，降低耐蚀性等弊病。氮在钢中一般含量应不大于0.008%，但在某些情况下，例如在镍铬钢、铬锰钢中加入少量氮，它起着加入合金元素的作用，代替了相当部分的镍。除此，根据需要还对钢进行表面渗氮处理，以此增加钢的硬度和耐磨性能。也显著改善其耐蚀性能。
钢中氮主要是以氮化物（如Fe4N、Mn3N2、AlN、BN、TiN、VN、CrN等等）形态存在，只有极少数的一部分成为固溶体。
按物理性质和键的特性，氮化物可分为两类：金属氮化物和非金属氮化物。而金属氮化物又分为非过渡金属氮化物和过渡金属氮化物两种。钛副族、钒副族的金属氮化物以及非金属氮化物常常属于难溶的氮化物。这些氮化物溶解需用高氯酸或硫酸冒烟处理，或采用硫酸钾—硫酸“湿法熔融”。除上述难溶的氮化物以外，其它氮化物都能溶于稀酸。
应用化学方法溶样，只能测定钢中化合氮和固溶的氮，而吸附在金属表面或处于金属气孔的氮，呈分子形式，无法测定。总氮量的测定，需靠真空熔融或其它物化法。