钢材在工业领域应用非常广泛，其主要元素是铁和碳合金，换句话说钢是铁元素和碳元素的化合物。钢除了有铁、碳两种元素之外，还存在许多微量元素，有些元素是在冶炼过程中残留的，还有一些元素为了提高低合金钢强度和综合性能。在本文中探讨常见的合金元素对钢材的性能的影响，合金元素包括锰、硅、铬、镍、铝、钒、铌、钛、氮、硼、稀土元素、硫、磷、氧氢。
 

合金
 

    （1）有利元素

    硅和锰：是低合金钢中最常用的强化元素。

    铬和镍：在低合金钢中用量不大，一般不超过1%，其主要作用是增大奥氏体钢的过冷度，从而细化组织，适度提高强度，铬和镍还能增加钢的耐大气腐蚀能力，改善冲击韧性和降低冷脆转变温度。

    钼：有明显的固溶强化作用，同时钼又是强的碳化物形成元素，有利于提高钢的高温强度，并防止钢的回火脆性。钼还能推迟过冷奥氏体向珠光体的转变，从而对钢的组织产生显著影响。钼的主要不良影响是促进钢的石墨化。

    钒：在钢中通过碳化物沉淀和晶粒细化来起强化作用。钢中钒含量不宜过高，否则有可能影响焊接性能和降低缺口韧性。

    铌：是非常强的碳化物形成元素，铌通过沉淀硬化和细化晶粒来强化钢，由于碳化铌具有稳定、弥散的特点，可以细化晶粒，提高钢的强度和韧性，使钢具有良好的抗氢性能。

    钛：的作用与钒和铌相似，但由于其强的脱氧特性所以仅用于镇静钢。钛是最强的碳化物形成元素，能提高钢在高温高压氢气氛中的稳定性。钛能细化晶粒，提高钢的强度和韧性。

    硼：一般在钢中用量甚微，微量硼能提高钢的淬透性，还能改善钢的高温强度。

    氮：能溶入铁素体，起着固溶强化作用。氮在钢中不形成碳化物，但能与其他合金元素形成氮化物，如TiN、AlN，产生细化晶粒的效果。但氮在钢中会形成气孔和疏松，降低钢材耐腐蚀性。

    稀士元素：在我国储量极丰。炼钢时常加入适量混合稀士元素，其主要成分是镧、铈、镨和钕，能净化晶界上的杂质，提高钢的高温强度。

    （2）不利元素

    硫：在钢中是有害元素，对钢的力学性能、焊接性能、耐腐蚀性能均有不利影响。

    磷：在钢中是有害元素，使钢的塑性和韧性大大降低，尤其在低温时，韧性降低特别厉害，称为“冷脆”。

    氧：会使钢的强度，塑性降低，热脆现象加重，疲劳强度下降。

    氢：会引起钢的氢脆，产生白点等严重缺陷

    本文中所谓的有利元素和不利元素并不是绝对的，有些有害元素也有某些有利之处，因而在作为某种专门用途的钢中，仍应保留适当的含量。例如碳钢中的硫，具有改善钢材切削加工性能的作用，所以在易切削钢中常有意适当提高其含硫量。