铝Al在钢铁材料中的作用以及影响
一，概述
铝是强烈缩小γ相圈的元素，它与氧、氮有很大的亲和力。
铝在钢中的作用：一是作炼钢时的脱氧定氮剂，并且细化晶粒，抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性等。二是作为合金化元素加入钢中，提高钢的抗氧化性，改善钢的电、磁性能，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等；因此，铝在不起皮钢、电热合金、磁钢和渗氮钢中，得到了广泛的应用。由于发展了铁锰铝系合金，铝作为主要合金元素加入耐热钢、低温钢和无磁钢中。铝还提高钢在氧化性酸中的耐蚀性，为铝在不锈耐酸钢中的应用开辟了广阔的前景。
铝虽然在钢中有很多有益的作用，但也有其不良的影响。在某些钢中脱氧时用量过多，将使钢产生反常组织和促进钢的石墨化倾向；在铁素体及珠光体钢中，当含铝较高时，其高温强度和韧性较低，并给冶炼和浇铸等方面带来若干困难。
二，铝对钢的组织及热处理的影响
（一）对组织的影响
根据铝碳二元平衡相图，铝和碳虽然可以化合成碳化物Al4C3和Al3C，但它和碳的亲和力小于铁和碳的亲和力，因此，在钢中一般不存在铝的碳化物。
铝细化钢的本质晶粒，提高钢晶粒粗化的温度。但当钢中的残余铝（固溶金属铝）含量超过一定值时，钢的奥氏体晶粒反而更易长大粗化。导致钢本质晶粒由细变粗的残余铝含量，因钢种和冶炼方法的不同而有所不同；对碳钢来说，铝约在0.05%左右。铝之所以能细化钢的晶粒和提高钢晶粒开始粗化的温度，一般认为是由于铝在钢中和其它元素化合形成细小弥散分布的难熔化合物起阻抑作用，主要是AlN的影响。当温度超过一定界限，使这些细小难溶质点聚合或溶解时，就失去它们的阻抑作用，钢的晶粒则将迅速长大粗化。这一粗化温度也和钢的化学成分、冶炼制度等有关。
有人对铝在钢中的不同结合状态---Al2O3、AlN和固溶Al的影响进行了详细的研究。根据化学反应式：
3O2+4Al----2Al2O3，
N2+2Al----2AlN，
计算了饱和值时铝的含量分别为：
Al2O3中【Al】=0.015%，
AlN中【Al】=0.020%。
同时，当钢中∑【Al】在0.020%以上时晶粒显著细化，这正好与AlN中【Al】的饱和值是一致的，而与Al2O3的不一致，因此，认为晶粒度的变化主要与生成AlN有关。从AlN与晶粒度关系的试验中得到，当Al【AlN】约为0.008%时出现一个明显的界限，在此界限以下时晶粒越来越粗大；而在此界限以上时则晶粒细化， 但Al[AlN]量的增加对晶粒度变化不大。此外还认为，固溶体中的铝，对晶粒细化实际影响不大。
铝是促进石墨化的元素，作用仅次于硅。用铝进行强烈脱氧的碳钢和含钼的钢，在450-650℃长时间加热后，易出现石墨化现象；高碳钢也有同样的倾向。为了防止由于铝引起的石墨化现象，国外常加入0.5%以上的铬，实际上加入Ti、V、Nb等强碳化物形成元素，同样能起到防止石墨化的作用。
(二) 对热处理的影响
（1）对等温转变和马氏体点的影响：铝对钢等温转变曲线形状没有显著影响，在一般含量时，对转变所需时间的影响也不大。但必须指出，铝提高钢的下临界点AC1和Ar1,并使Ar3略行降低。其次，由于铝细化钢的晶粒，有利于奥氏体分解转变时新相晶核的大量形成；同时由于铝降低奥氏体的稳定度，减小它转变时的过冷度，使新相晶核得以较快的速度长大，这样，使钢的淬透性降低，钢的临界淬火冷却速度提高。铝还提高钢的马氏体点Ms和减少钢淬火后的残余奥氏体含量。它在这方面的作用恰好和（除钴以外的）其它元素的作用相反。在这一方面，钴和铝虽有相似的作用，但作用不如铝强。
（2）对钢淬透性的影响：一般来说，粗晶粒钢比细晶粒钢的淬透性好。试验铝对1%C钢淬透性的影响得到：当铝含量由0-0.1%时，由于晶粒的细化和细散的AlN的作用，使钢的淬透性显著地逐渐减低。继续增加铝含量时，淬透性又逐渐增大。铝含量达0.5%时，在800℃或更高温度淬火时，其淬透性又与不含铝的钢趋于接近，或更高。
（3）对钢过热敏感性的影响：在同上的试验中还表明，在1%C钢中当铝含量超过0.5%时，铝对降低钢的过热敏感性的作用已不再增加 。当铝含量超过1%时，反使钢在加热时晶粒猛烈长大。铝与氮化合生成的氮化物，要比铝与氧化合生成的氧化物，对过热敏感性的影响大得多。因此，氮含量较高的酸性转炉钢一般过热敏感性较低。
（4）对钢脱碳和渗碳的影响：铝对1%C钢脱碳（例如在湿的氢气中退火）的影响，和对淬透性的影响有类似之处。当钢中铝很少时，脱碳深度有所减低；当铝含量继续增加时，脱碳深度反随着增加。目前认为脱碳作用只受固溶体中铝的影响。此外，粗晶粒钢由于晶界的影响要比细晶粒钢更具有脱碳倾向。
在增碳时铝对钢的组织和性能的影响和硅相似，即阻止碳的扩散，延缓钢渗碳时的增碳速度。但在长时间保温下渗碳深度的减少，要比含硅钢轻些。
含铝钢渗碳时，会使渗碳层产生反常组织，也就是说在晶界上形成含有大块状渗碳体的粗厚铁素体网。具有这种组织的渗碳层不但脆性大，淬火时也容易产生软点。含铝钢在增碳时也有形成石墨化倾向。因此，总的来说，铝对渗碳时的影响是不好的。
三， 铝对钢性能的影响
（一）对力学性能的影响
以往一般认为，铝在调质钢中对抗拉强度、伸长率和面缩率的影响，可以不加考虑；尤其在合金钢其它合金元素的影响大大超过铝的影响。有人曾在含0.32-0.35%C的Cr-Mo钢中加入铝1.18%，经调质处理后，发现铝具有使这种钢的抗拉强度和屈服点稍行提高，伸长率和面缩率稍行降低的倾向。用铝脱氧的钢由于生成细散的氮化铝，提高了屈服点（σs）和屈服比（σs/σb）；但在1000℃以上高温加热时，由于氮化铝溶入奥氏体中，那么力学性能的提高与细晶粒组织一样即行消失。
由于铝脱氧的产物Al2O3较脆，在锻轧加工时破碎并沿着变形方向形成链状条带，将降低钢的横向性能，特别是延展性和冲击韧性。
铝对硬度的影响：有人曾在含C0.3%、Cr1%钢中加入铝0.95-1.06%，并与未加铝的钢比较，当进行端淬试验后发现铝使淬火硬度稍为降低。
由于铝细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，因而可以减轻钢对缺口的敏感性，减少或消除钢的时效现象，并提高钢的冲击韧性，特别是降低钢的脆性转变温度。
钢中加入铝使晶粒细化，这对钢的抗蠕变性能不利。钢中加入一定量的铝，可改善渗碳钢的心部力学性能，特别对于面缩率和冲击韧性的改善比较明显。
普遍认为，铝作为合金元素，有较大的固溶强化作用。由于高铝钢相对地具有比重小，比强度高的特点，因而发展铁铝系合金作为新型结构材料受到重视，并创造了一系列铁素体型合金，其高温强度和持久强度超过了Cr13型钢。但是，由于铁素体型铁铝系合金的室温塑性和韧性低，冷变形加工困难，限制了其发展；相反，以碳、锰奥氏体化的奥氏体型铁铝锰系钢却得到了较为广泛的重视。
（二）对物理性能的影响
铁铝合金和含铝钢的比重与密度随铝含量的增加而减小。
在退火的铁铝合金中，随铝含量的增加，弹性模量E也逐渐减小。当铝含量为13%时，E降至10，800KG/mm2；这一数值是现有铁素体钢中已知的最低值。当铝含量超过13.5%时，E有急剧增长。这种变化和合金有序超结构的形成有关。
铝提高铁鉻铝合金的膨胀系数。随着铝含量的增加，钢及合金的电阻系数也增加。但当铝含量超过11%，在低于600℃的温度范围内缓冷时，由于发生有序化过程，电阻系数又急剧降低。铝加入含20-30%Cr的铁鉻合金中，其电阻系数受温度的影响很小，因而被广泛用作电热合金材料。
铝与硅的作用相近，可减少变压器的铁心损耗。铝对矫顽力的影响是：当铝含量很少时，矫顽力减小，含1-5%Al的退火合金的矫顽力约为0.25 Oe;铝含量超过5%（约为7%时），矫顽力增至最大值---2Oe; 随后在铝含量超过10%时，又下降至0.5 Oe或更小。铝对磁滞损耗的影响在铝含量5%时小于纯铁；在超过14%的合金中经淬火后也显得极低。由于铝对铁的磁性有以上这些特殊而复杂的影响，因而在硬磁和软磁材料中它都占有一定的位置。
（三）对化学性能的影响
抗蚀性：铝提高铁基合金的抗蚀性。
在铝系不锈耐酸钢中，当铝含量达到一定值时，将和铬一样，可以使钢产生钝化现象，使钢在氧化性酸中具有抗蚀性。
铝还提高钢对硫化氢的抗蚀作用。在Cr13型钢中加入少量铝，使腐蚀率显著降低。铝含量在4%左右的钢，在温度不超过600℃时有较好的抗硫化氢侵蚀的作用。国内研究成功的无镍铬低合金的15AL3MoWTi钢，在含硫及硫化氢的条件下具有良好的抗蚀性。含铝超过8%的铸铁，在300℃时也有很好的抗液体硫侵蚀的作用。
铝可提高对V2O5的抗蚀性，例如Fe-16Al-3Mo合金在871℃时，对V2O5的抗蚀性比Cr25Ni20高两倍。
铝对于钢在水蒸汽、氢气，特别是在氯气及其它化合物气氛中的抗蚀性是不利的。
在钢铁材料表面镀铝或渗铝，可以提高其抗氧化性和在工业性和海洋性气氛中的抗蚀性。
抗氧化性：铝作为合金元素加入钢中，显著提高钢的抗氧化性。曾经对铁铝合金的抗氧化性进行过详细的研究，4%Al即可改变氧化皮的结构；加入6%Al使钢在980℃以下具有抗氧化性。如要求温度更高时，则需将铝含量提高到8%。由于铝的这一作用，为发展无鉻的新型高温钢创造了条件。
当铝和铬配合使用时，其抗氧化性可得到更大的提高。例如含铁50-55%、鉻30-35%、铝10-15%的合金，在1400℃高温还具有相当好的抗氧化性。
（四）对工艺性能的影响
（1）冶炼和浇注：铝和氧的亲和力很强，所以在冶炼浇铸过程中常作为一种主要的脱氧剂。用铝脱氧后所得到的产物，其特点是熔点高和在钢内倾向于作细粒状分布。钢中加入0.1%的铝，在浇注时就有明显的表现。由于钢中加铝后，浇注时钢液和空气接触，铝被氧化成Al2O3,使钢的流动性降低。冶炼含铝的钢，宜将铝加入炉内，以免因铝分布不均匀而产生点状偏析。含铝高的钢液由于粘性较大，容易产生夹杂和表面质量变坏，甚至报废，因此需要在较高的温度下，以较快的速度进行浇注；但为了不致加剧枝晶偏析等缺陷，又不可使钢液过热。含铝高的钢，铸造后钢件的表面质量较差，有所甚至在钢铸件上形成冷隔现象。
在炉内加铝时，须考虑铝与炉渣的强烈反应；出钢时，最好不使炉内的渣子落入盛钢桶内，而用别的保护渣覆盖钢水。在浇铸含铝钢时，如38CrMoAlA等时，在钢锭模中海常放四氯化碳（CCl4）来保证钢锭表面质量。
铝和氮也有较强的亲和力，能起到固定钢中氮的作用。根据热力学的分析，钢对晶粒度、过热敏感性和淬透性的影响，首先与钢中形成AlN有关系。但是，由于铝对氮的亲和力不及铝对氧的亲和力强，所以应该在经过仔细的预先脱氧后，才将为了获得细晶粒钢所需数量的铝加入钢中；否则，大部分铝将因与氧化合而白白浪费了。
微量铝在钢中不形成硫化物。但由于加入铝，却使钢中硫化物夹杂的形状与分布收到影响，因而铝对于中碳钢易发生钢锭纵裂现象有密切关系。为了防止纵裂，可加入适量的钛、锆、钒等代替部分铝作为脱氧剂，效果良好。
铝加入钢中不与氢化合，但所形成的氧化铝在颇大程度上可能吸附氢，因而阻碍氢在凝固时的析出。
（2）热加工性能：含铝钢在热加工时未发现其他特点。当铝含量超过1%时，使锻造和轧制过程中产生的氧化皮富含氧化铝。这种无塑性的非常耐热的氧化皮，在轧制时对钢的宽展与延伸有影响。
在热加工变形的温度下，氧化铝夹杂是没有塑性的；它只能被破碎并沿加工方向移动，最终以链状物条带出现。这种形状分布的夹杂物将使锻轧钢材的力学性能，特别是横向的冲击和延展性降低。
还应该注意，铝加入钢中使得一系列性能得到改善，注意与生成AlN有关。但在1000℃以上的高温时AlN将溶入奥氏体中，而使这些获得改善的性能有可能消失。因此对于含铝钢的热加工与热处理温度应加考虑。
（3）焊接性：铝对钢焊接性的影响，视钢中铝含量的不同而不同。一般来说，脱氧后残留在钢中的铝，对焊接质量影响不大。用铝脱氧的细晶粒钢比粗晶粒钢对于焊缝产生裂纹的可能性要小。如果铝作为合金元素大量采用，则和硅的作用相似，使钢的焊接性变坏。
（4）切削加工性：含铝钢中由于存在细碎分布的氧化铝夹杂物，对钢的被切削加工性不利。
四，铝在钢中的应用
铝在钢中一般只用于脱氧和控制晶粒度。用作一种合金元素，铝在特殊钢中的应用，注要可以归纳为一些几方面：
1. 渗氮钢：
铝对氮有极大的亲和力，在渗氮钢中，铝是不可缺少的合金元素。含铝钢渗氮后，在钢件表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层，从而提高其硬度和疲劳强度，并改善其耐磨性。铝还能提高导致渗氮层脆化和易剥落的布氏体（Braunite, α铁和氮化铁共析体）形成的温度，从而阻止它在渗氮过程中的形成。目前一般渗氮钢中都含有鉻、钼以及钨、钒等元素。
渗氮钢中的铬和钼一方面可以进一步提高渗氮层的硬度和耐磨性，并改善其韧性；另一方面由于钼的加入，可以防止在渗氮过程中回火脆性的产生。钨也具有改善氮化层组织以及防止在渗氮温度下的回火脆性等作用。加入钒而减少铝，主要为了改善低温冲击性能和冶炼质量。
2.不锈耐酸钢
我国研究成功的18Al3MoWTi钢，铝含量为2.2-2.8%，是一种无镍铬的低合金耐蚀钢。在含硫及硫化氢的腐蚀条件下，其耐蚀性能优于0Cr13钢，而比碳素钢提高数十倍。由于该钢种铝含量较高，因而还具有抗氧化性，可以用于石油炼厂加热炉上作加热炉管以及工作在550-650℃各种耐热不起皮钢构件，性能优于Cr5Mo钢。另外，还曾研究了一种含8%铝的钢，在海洋大气中的抗蚀性可与2Cr13不锈钢相比。这表明当铝含量达到一定量时，和铬一样，可以使钢产生钝化现象，在氧化性酸中具有抗蚀性。因此，铝作为不锈耐酸钢的主要合金元素，有着广阔的前景。
3.耐热不起皮钢
铝和铬、硅复合应用可以显著提高钢的高温不起皮性。如：Cr13SiAl, Cr17Al4Si和Cr24AlSi钢，其铝含量分别为1.00-1.80%，3.50-4.50%和1.40-2.40%。这一系列钢的抗氧化性尤于鉻镍钢，对含硫气氛更具有优良的表面稳定性，可用作低载荷的高温炉用构件。但这种钢高温强度低，具有冷脆性和热脆性，限制了其使用。
铝是耐热钢中的一个重要元素，在一系列时效强化的铁镍基超合金中加入铝形成γ‘相，是这些钢的主要强化相。
4.电热合金
在含有足够鉻和铝的情况下，合金呈单相的铁素体组织，这种合金在高温下具有保持接近恒定电阻的特性和优良的抗氧化性，因此最适宜于用作电热合金材料，例如铁鉻铝系电热合金早已在工业上得到广泛应用。当合金中含鉻25%，含铝5%时，仍可进行热和冷变形加工；含鉻37-50%，含铝5-12%时，则只能进行热变形加工；含鉻、铝更高时，便只能用铸造或粉末法成型
5.磁性材料
含碳≤0.13%、镍～25%、铝～12%的铁镍铝三元合计已被广泛地用作永磁合金，它的磁学性能和热处理工艺以及镍、铝含量的变动有密切的关系。添加钴、铜等四元或多元的铁镍铝系合金也有所发展。这些多元合金的优异特性是经过适当的热处理获得此择优取向的能力，使其最大磁能（Bd x Hd）m可高达7x106。此外，曾经发现，含铝约8%，碳约1.5%的铝钢的最大磁能可达0.7x106,它比钨钢或鉻钢的最大磁能（约0.3x 106）大一倍以上，所以可以认为这种铝钢是一种不含贵重合金元素的‘低磁能’的有发展前途的新型永磁材料。
对软磁材料，铝有和硅相似的作用，如提高钢的电阻系数，减小铁芯损耗，含量高时使晶粒粗化并促使碳石墨化，降低钢的塑性等。但在实际生产中，加入大量的铝，很难避免对磁性有害的氧化铝夹杂的生成。因此，含铝的电工软磁材料，在一般情况下尚难取代硅钢片的位置。
6.其他用钢
铝在无磁钢中也得到应用，如45Mn17Al3无磁钢是奥氏体钢，其磁导率大于1，并具有较高的机械性能。
铝是高锰低温钢的主要合金元素，一定含量的铝，有提高铁锰奥氏体稳定度，抑制β-Mn相变的作用。由于这一作用，使铝在低温钢中得到了应用。曾研究了一种铁铝锰系低温钢，在液氢温度，仍保持很高的冲击韧性。
来源：金属材料科技
铝是强烈缩小γ相圈的元素，它与氧、氮有很大的亲和力。
铝在钢中的作用：一是作炼钢时的脱氧定氮剂，并且细化晶粒，抑制低碳钢的时效，提高钢在低温下的韧性等。二是作为合金化元素加入钢中，提高钢的抗氧化性，改善钢的电、磁性能，提高渗氮钢的耐磨性和疲劳强度等；因此，铝在不起皮钢、电热合金、磁钢和渗氮钢中，得到了广泛的应用。由于发展了铁锰铝系合金，铝作为主要合金元素加入耐热钢、低温钢和无磁钢中。铝还提高钢在氧化性酸中的耐蚀性，为铝在不锈耐酸钢中的应用开辟了广阔的前景。
铝虽然在钢中有很多有益的作用，但也有其不良的影响。在某些钢中脱氧时用量过多，将使钢产生反常组织和促进钢的石墨化倾向；在铁素体及珠光体钢中，当含铝较高时，其高温强度和韧性较低，并给冶炼和浇铸等方面带来若干困难。
二，铝对钢的组织及热处理的影响
（一）对组织的影响
根据铝碳二元平衡相图，铝和碳虽然可以化合成碳化物Al4C3和Al3C，但它和碳的亲和力小于铁和碳的亲和力，因此，在钢中一般不存在铝的碳化物。
铝细化钢的本质晶粒，提高钢晶粒粗化的温度。但当钢中的残余铝（固溶金属铝）含量超过一定值时，钢的奥氏体晶粒反而更易长大粗化。导致钢本质晶粒由细变粗的残余铝含量，因钢种和冶炼方法的不同而有所不同；对碳钢来说，铝约在0.05%左右。铝之所以能细化钢的晶粒和提高钢晶粒开始粗化的温度，一般认为是由于铝在钢中和其它元素化合形成细小弥散分布的难熔化合物起阻抑作用，主要是AlN的影响。当温度超过一定界限，使这些细小难溶质点聚合或溶解时，就失去它们的阻抑作用，钢的晶粒则将迅速长大粗化。这一粗化温度也和钢的化学成分、冶炼制度等有关。
有人对铝在钢中的不同结合状态---Al2O3、AlN和固溶Al的影响进行了详细的研究。根据化学反应式：
3O2+4Al----2Al2O3，
N2+2Al----2AlN，
计算了饱和值时铝的含量分别为：
Al2O3中【Al】=0.015%，
AlN中【Al】=0.020%。
同时，当钢中∑【Al】在0.020%以上时晶粒显著细化，这正好与AlN中【Al】的饱和值是一致的，而与Al2O3的不一致，因此，认为晶粒度的变化主要与生成AlN有关。从AlN与晶粒度关系的试验中得到，当Al【AlN】约为0.008%时出现一个明显的界限，在此界限以下时晶粒越来越粗大；而在此界限以上时则晶粒细化， 但Al[AlN]量的增加对晶粒度变化不大。此外还认为，固溶体中的铝，对晶粒细化实际影响不大。
铝是促进石墨化的元素，作用仅次于硅。用铝进行强烈脱氧的碳钢和含钼的钢，在450-650℃长时间加热后，易出现石墨化现象；高碳钢也有同样的倾向。为了防止由于铝引起的石墨化现象，国外常加入0.5%以上的铬，实际上加入Ti、V、Nb等强碳化物形成元素，同样能起到防止石墨化的作用。
(二) 对热处理的影响
（1）对等温转变和马氏体点的影响：铝对钢等温转变曲线形状没有显著影响，在一般含量时，对转变所需时间的影响也不大。但必须指出，铝提高钢的下临界点AC1和Ar1,并使Ar3略行降低。其次，由于铝细化钢的晶粒，有利于奥氏体分解转变时新相晶核的大量形成；同时由于铝降低奥氏体的稳定度，减小它转变时的过冷度，使新相晶核得以较快的速度长大，这样，使钢的淬透性降低，钢的临界淬火冷却速度提高。铝还提高钢的马氏体点Ms和减少钢淬火后的残余奥氏体含量。它在这方面的作用恰好和（除钴以外的）其它元素的作用相反。在这一方面，钴和铝虽有相似的作用，但作用不如铝强。
（2）对钢淬透性的影响：一般来说，粗晶粒钢比细晶粒钢的淬透性好。试验铝对1%C钢淬透性的影响得到：当铝含量由0-0.1%时，由于晶粒的细化和细散的AlN的作用，使钢的淬透性显著地逐渐减低。继续增加铝含量时，淬透性又逐渐增大。铝含量达0.5%时，在800℃或更高温度淬火时，其淬透性又与不含铝的钢趋于接近，或更高。
（3）对钢过热敏感性的影响：在同上的试验中还表明，在1%C钢中当铝含量超过0.5%时，铝对降低钢的过热敏感性的作用已不再增加 。当铝含量超过1%时，反使钢在加热时晶粒猛烈长大。铝与氮化合生成的氮化物，要比铝与氧化合生成的氧化物，对过热敏感性的影响大得多。因此，氮含量较高的酸性转炉钢一般过热敏感性较低。
（4）对钢脱碳和渗碳的影响：铝对1%C钢脱碳（例如在湿的氢气中退火）的影响，和对淬透性的影响有类似之处。当钢中铝很少时，脱碳深度有所减低；当铝含量继续增加时，脱碳深度反随着增加。目前认为脱碳作用只受固溶体中铝的影响。此外，粗晶粒钢由于晶界的影响要比细晶粒钢更具有脱碳倾向。
在增碳时铝对钢的组织和性能的影响和硅相似，即阻止碳的扩散，延缓钢渗碳时的增碳速度。但在长时间保温下渗碳深度的减少，要比含硅钢轻些。
含铝钢渗碳时，会使渗碳层产生反常组织，也就是说在晶界上形成含有大块状渗碳体的粗厚铁素体网。具有这种组织的渗碳层不但脆性大，淬火时也容易产生软点。含铝钢在增碳时也有形成石墨化倾向。因此，总的来说，铝对渗碳时的影响是不好的。
三， 铝对钢性能的影响
（一）对力学性能的影响
以往一般认为，铝在调质钢中对抗拉强度、伸长率和面缩率的影响，可以不加考虑；尤其在合金钢其它合金元素的影响大大超过铝的影响。有人曾在含0.32-0.35%C的Cr-Mo钢中加入铝1.18%，经调质处理后，发现铝具有使这种钢的抗拉强度和屈服点稍行提高，伸长率和面缩率稍行降低的倾向。用铝脱氧的钢由于生成细散的氮化铝，提高了屈服点（σs）和屈服比（σs/σb）；但在1000℃以上高温加热时，由于氮化铝溶入奥氏体中，那么力学性能的提高与细晶粒组织一样即行消失。
由于铝脱氧的产物Al2O3较脆，在锻轧加工时破碎并沿着变形方向形成链状条带，将降低钢的横向性能，特别是延展性和冲击韧性。
铝对硬度的影响：有人曾在含C0.3%、Cr1%钢中加入铝0.95-1.06%，并与未加铝的钢比较，当进行端淬试验后发现铝使淬火硬度稍为降低。
由于铝细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，因而可以减轻钢对缺口的敏感性，减少或消除钢的时效现象，并提高钢的冲击韧性，特别是降低钢的脆性转变温度。
钢中加入铝使晶粒细化，这对钢的抗蠕变性能不利。钢中加入一定量的铝，可改善渗碳钢的心部力学性能，特别对于面缩率和冲击韧性的改善比较明显。
普遍认为，铝作为合金元素，有较大的固溶强化作用。由于高铝钢相对地具有比重小，比强度高的特点，因而发展铁铝系合金作为新型结构材料受到重视，并创造了一系列铁素体型合金，其高温强度和持久强度超过了Cr13型钢。但是，由于铁素体型铁铝系合金的室温塑性和韧性低，冷变形加工困难，限制了其发展；相反，以碳、锰奥氏体化的奥氏体型铁铝锰系钢却得到了较为广泛的重视。
（二）对物理性能的影响
铁铝合金和含铝钢的比重与密度随铝含量的增加而减小。
在退火的铁铝合金中，随铝含量的增加，弹性模量E也逐渐减小。当铝含量为13%时，E降至10，800KG/mm2；这一数值是现有铁素体钢中已知的最低值。当铝含量超过13.5%时，E有急剧增长。这种变化和合金有序超结构的形成有关。
铝提高铁鉻铝合金的膨胀系数。随着铝含量的增加，钢及合金的电阻系数也增加。但当铝含量超过11%，在低于600℃的温度范围内缓冷时，由于发生有序化过程，电阻系数又急剧降低。铝加入含20-30%Cr的铁鉻合金中，其电阻系数受温度的影响很小，因而被广泛用作电热合金材料。
铝与硅的作用相近，可减少变压器的铁心损耗。铝对矫顽力的影响是：当铝含量很少时，矫顽力减小，含1-5%Al的退火合金的矫顽力约为0.25 Oe;铝含量超过5%（约为7%时），矫顽力增至最大值---2Oe; 随后在铝含量超过10%时，又下降至0.5 Oe或更小。铝对磁滞损耗的影响在铝含量5%时小于纯铁；在超过14%的合金中经淬火后也显得极低。由于铝对铁的磁性有以上这些特殊而复杂的影响，因而在硬磁和软磁材料中它都占有一定的位置。
（三）对化学性能的影响
抗蚀性：铝提高铁基合金的抗蚀性。
在铝系不锈耐酸钢中，当铝含量达到一定值时，将和铬一样，可以使钢产生钝化现象，使钢在氧化性酸中具有抗蚀性。
铝还提高钢对硫化氢的抗蚀作用。在Cr13型钢中加入少量铝，使腐蚀率显著降低。铝含量在4%左右的钢，在温度不超过600℃时有较好的抗硫化氢侵蚀的作用。国内研究成功的无镍铬低合金的15AL3MoWTi钢，在含硫及硫化氢的条件下具有良好的抗蚀性。含铝超过8%的铸铁，在300℃时也有很好的抗液体硫侵蚀的作用。
铝可提高对V2O5的抗蚀性，例如Fe-16Al-3Mo合金在871℃时，对V2O5的抗蚀性比Cr25Ni20高两倍。
铝对于钢在水蒸汽、氢气，特别是在氯气及其它化合物气氛中的抗蚀性是不利的。
在钢铁材料表面镀铝或渗铝，可以提高其抗氧化性和在工业性和海洋性气氛中的抗蚀性。
抗氧化性：铝作为合金元素加入钢中，显著提高钢的抗氧化性。曾经对铁铝合金的抗氧化性进行过详细的研究，4%Al即可改变氧化皮的结构；加入6%Al使钢在980℃以下具有抗氧化性。如要求温度更高时，则需将铝含量提高到8%。由于铝的这一作用，为发展无鉻的新型高温钢创造了条件。
当铝和铬配合使用时，其抗氧化性可得到更大的提高。例如含铁50-55%、鉻30-35%、铝10-15%的合金，在1400℃高温还具有相当好的抗氧化性。
（四）对工艺性能的影响
（1）冶炼和浇注：铝和氧的亲和力很强，所以在冶炼浇铸过程中常作为一种主要的脱氧剂。用铝脱氧后所得到的产物，其特点是熔点高和在钢内倾向于作细粒状分布。钢中加入0.1%的铝，在浇注时就有明显的表现。由于钢中加铝后，浇注时钢液和空气接触，铝被氧化成Al2O3,使钢的流动性降低。冶炼含铝的钢，宜将铝加入炉内，以免因铝分布不均匀而产生点状偏析。含铝高的钢液由于粘性较大，容易产生夹杂和表面质量变坏，甚至报废，因此需要在较高的温度下，以较快的速度进行浇注；但为了不致加剧枝晶偏析等缺陷，又不可使钢液过热。含铝高的钢，铸造后钢件的表面质量较差，有所甚至在钢铸件上形成冷隔现象。
在炉内加铝时，须考虑铝与炉渣的强烈反应；出钢时，最好不使炉内的渣子落入盛钢桶内，而用别的保护渣覆盖钢水。在浇铸含铝钢时，如38CrMoAlA等时，在钢锭模中海常放四氯化碳（CCl4）来保证钢锭表面质量。
铝和氮也有较强的亲和力，能起到固定钢中氮的作用。根据热力学的分析，钢对晶粒度、过热敏感性和淬透性的影响，首先与钢中形成AlN有关系。但是，由于铝对氮的亲和力不及铝对氧的亲和力强，所以应该在经过仔细的预先脱氧后，才将为了获得细晶粒钢所需数量的铝加入钢中；否则，大部分铝将因与氧化合而白白浪费了。
微量铝在钢中不形成硫化物。但由于加入铝，却使钢中硫化物夹杂的形状与分布收到影响，因而铝对于中碳钢易发生钢锭纵裂现象有密切关系。为了防止纵裂，可加入适量的钛、锆、钒等代替部分铝作为脱氧剂，效果良好。
铝加入钢中不与氢化合，但所形成的氧化铝在颇大程度上可能吸附氢，因而阻碍氢在凝固时的析出。
（2）热加工性能：含铝钢在热加工时未发现其他特点。当铝含量超过1%时，使锻造和轧制过程中产生的氧化皮富含氧化铝。这种无塑性的非常耐热的氧化皮，在轧制时对钢的宽展与延伸有影响。
在热加工变形的温度下，氧化铝夹杂是没有塑性的；它只能被破碎并沿加工方向移动，最终以链状物条带出现。这种形状分布的夹杂物将使锻轧钢材的力学性能，特别是横向的冲击和延展性降低。
还应该注意，铝加入钢中使得一系列性能得到改善，注意与生成AlN有关。但在1000℃以上的高温时AlN将溶入奥氏体中，而使这些获得改善的性能有可能消失。因此对于含铝钢的热加工与热处理温度应加考虑。
（3）焊接性：铝对钢焊接性的影响，视钢中铝含量的不同而不同。一般来说，脱氧后残留在钢中的铝，对焊接质量影响不大。用铝脱氧的细晶粒钢比粗晶粒钢对于焊缝产生裂纹的可能性要小。如果铝作为合金元素大量采用，则和硅的作用相似，使钢的焊接性变坏。
（4）切削加工性：含铝钢中由于存在细碎分布的氧化铝夹杂物，对钢的被切削加工性不利。
四，铝在钢中的应用
铝在钢中一般只用于脱氧和控制晶粒度。用作一种合金元素，铝在特殊钢中的应用，注要可以归纳为一些几方面：
1. 渗氮钢：
铝对氮有极大的亲和力，在渗氮钢中，铝是不可缺少的合金元素。含铝钢渗氮后，在钢件表面牢固地形成一层薄而硬的弥散分布的氮化铝层，从而提高其硬度和疲劳强度，并改善其耐磨性。铝还能提高导致渗氮层脆化和易剥落的布氏体（Braunite, α铁和氮化铁共析体）形成的温度，从而阻止它在渗氮过程中的形成。目前一般渗氮钢中都含有鉻、钼以及钨、钒等元素。
渗氮钢中的铬和钼一方面可以进一步提高渗氮层的硬度和耐磨性，并改善其韧性；另一方面由于钼的加入，可以防止在渗氮过程中回火脆性的产生。钨也具有改善氮化层组织以及防止在渗氮温度下的回火脆性等作用。加入钒而减少铝，主要为了改善低温冲击性能和冶炼质量。
2.不锈耐酸钢
我国研究成功的18Al3MoWTi钢，铝含量为2.2-2.8%，是一种无镍铬的低合金耐蚀钢。在含硫及硫化氢的腐蚀条件下，其耐蚀性能优于0Cr13钢，而比碳素钢提高数十倍。由于该钢种铝含量较高，因而还具有抗氧化性，可以用于石油炼厂加热炉上作加热炉管以及工作在550-650℃各种耐热不起皮钢构件，性能优于Cr5Mo钢。另外，还曾研究了一种含8%铝的钢，在海洋大气中的抗蚀性可与2Cr13不锈钢相比。这表明当铝含量达到一定量时，和铬一样，可以使钢产生钝化现象，在氧化性酸中具有抗蚀性。因此，铝作为不锈耐酸钢的主要合金元素，有着广阔的前景。
3.耐热不起皮钢
铝和铬、硅复合应用可以显著提高钢的高温不起皮性。如：Cr13SiAl, Cr17Al4Si和Cr24AlSi钢，其铝含量分别为1.00-1.80%，3.50-4.50%和1.40-2.40%。这一系列钢的抗氧化性尤于鉻镍钢，对含硫气氛更具有优良的表面稳定性，可用作低载荷的高温炉用构件。但这种钢高温强度低，具有冷脆性和热脆性，限制了其使用。
铝是耐热钢中的一个重要元素，在一系列时效强化的铁镍基超合金中加入铝形成γ‘相，是这些钢的主要强化相。
4.电热合金
在含有足够鉻和铝的情况下，合金呈单相的铁素体组织，这种合金在高温下具有保持接近恒定电阻的特性和优良的抗氧化性，因此最适宜于用作电热合金材料，例如铁鉻铝系电热合金早已在工业上得到广泛应用。当合金中含鉻25%，含铝5%时，仍可进行热和冷变形加工；含鉻37-50%，含铝5-12%时，则只能进行热变形加工；含鉻、铝更高时，便只能用铸造或粉末法成型
5.磁性材料
含碳≤0.13%、镍～25%、铝～12%的铁镍铝三元合计已被广泛地用作永磁合金，它的磁学性能和热处理工艺以及镍、铝含量的变动有密切的关系。添加钴、铜等四元或多元的铁镍铝系合金也有所发展。这些多元合金的优异特性是经过适当的热处理获得此择优取向的能力，使其最大磁能（Bd x Hd）m可高达7x106。此外，曾经发现，含铝约8%，碳约1.5%的铝钢的最大磁能可达0.7x106,它比钨钢或鉻钢的最大磁能（约0.3x 106）大一倍以上，所以可以认为这种铝钢是一种不含贵重合金元素的‘低磁能’的有发展前途的新型永磁材料。
对软磁材料，铝有和硅相似的作用，如提高钢的电阻系数，减小铁芯损耗，含量高时使晶粒粗化并促使碳石墨化，降低钢的塑性等。但在实际生产中，加入大量的铝，很难避免对磁性有害的氧化铝夹杂的生成。因此，含铝的电工软磁材料，在一般情况下尚难取代硅钢片的位置。
6.其他用钢
铝在无磁钢中也得到应用，如45Mn17Al3无磁钢是奥氏体钢，其磁导率大于1，并具有较高的机械性能。
铝是高锰低温钢的主要合金元素，一定含量的铝，有提高铁锰奥氏体稳定度，抑制β-Mn相变的作用。由于这一作用，使铝在低温钢中得到了应用。曾研究了一种铁铝锰系低温钢，在液氢温度，仍保持很高的冲击韧性。
来源：金属材料科技
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