常用的合金元素有铬（Cr），镍（Ni），钼（Mo），钨（W），钒（V），钛（Ti），铌（Nb），锆（Zr），钴（Co），硅（Si），锰（Mn），铝（Al），铜（Cu），硼（B），稀土等。

图：化合反应

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1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接效能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、矽（Si\硅的旧称）：在炼钢过程中加矽作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的矽。如果钢中含矽量超过0.50-0.60%,矽就算合金元素。矽能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的矽，强度可提高15－20%。矽和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含矽1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。矽量增加，会降低钢的焊接效能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工效能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接效能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接效能变坏，降低塑性，使冷弯效能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接效能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强效能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械效能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接效能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接效能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀效能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀效能，铝与铬、矽合用，可显著提高钢的高温不起皮效能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工效能、焊接效能和切削加工效能。
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧效能，提高强度。
17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种效能，如韧性、焊接性，冷加工效能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

矽是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽xī，在多个领域有不可轻视的作用。

矽在金属材料冶炼中可以起到耐高温、富韧性、并可净化钢液，提高钢材质量。矽合金密度小，热膨胀系数低，铸造效能和抗磨效能好，用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性，可大大提高使用寿命，常用其生产航天飞行器和汽车零部件。

矽铜合金具有良好的焊接效能，且在受到冲击时不易产生火花，具有防爆功能，可用于制作储罐。

钢中加入矽制成矽钢片，能大大改善钢的导磁性，降低磁滞和涡流损失，可用其制造变压器和电机的铁芯，提高变压器和电机的效能。

磷（P)与纯铁体结成不稳定的固溶体，有增大纯铁体晶粒的害处。磷可使钢材的强度提高，但会大大降低塑性和韧性，使钢材在低温时变脆，提高冷裂纹敏感性即“冷脆”。磷一般含量不大于0.050%，对焊接结构不高于0.045%，降至0.02%更好。以国产15Mn为例，限值$0.04%，实测某工程用钢磷含量的最大值0.04%，最小值0.008%，平均值0.022%。国外进口StE355钢磷含量的限值<0.035%，实测最大值0.021%，最小值0.004%，平均值0.009%。我国钢材与进口钢材效能差距较大，杂质较多，指标都比较高，实际测量结果资料波动很大，如25mm以上的厚钢材屈服强度不够，含磷（P)、硫（S)量仍偏高，有的厚钢板抗层撕裂效能差。

碳是仅次于铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接效能等。当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降。随着含碳量的增加，钢材的焊接效能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。

1碳是钢铁中重要元素，当碳含量增加时其强度和硬度随之增加，而塑性和延展性却随之降低，使钢变脆且难以加工
2硫是没用的杂质。在通常情况下是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹
3矽在炼钢过程中加矽作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的矽。如果钢中含矽量超过0.50-0.60%,矽就算合金元素。矽能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的矽，强度可提高15－20%。矽和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含矽1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。矽量增加，会降低钢的焊接效能。
4锰在钢铁材料中的作用：溶入金属材料基体，起固溶强化的作用；形成碳化物，起弥散强化的作用；提高钢的淬透性。增加钢的耐回火性， 产生二次硬化。避免第二类回火脆性。锰钢的机械加工效能和耐磨耐蚀效能强
5磷在一般情况下，是有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接效能变坏，降低塑性，使冷弯效能变坏

钒元素是熔炼锰钒低合金钢时特意新增的一种合金元素。钢中加入钒元素后：
①可提高钢材强度；
②细化钢的晶粒；
③钒的化合物具有高温稳定性，使钢的高温硬度提高。
钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。