1．生鐵：
   生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對生鐵的性能均有一定的影響。
   碳（C）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。
   硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。
   錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時，含錳量適當，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質硫形成硫化錳，進入爐渣。
   磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應少，有時為了要增加流動性，含磷量可達1.2%。
   硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產生熱脆性和減低鐵液的流動性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定*多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。
2．鋼：
2．1元素在鋼中的作用
2．1．1   常存雜質元素對鋼材性能的影響
     鋼除含碳以外，還含有少量錳(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氫（H）等元素。這些元素并非為改善鋼材質量有意加入的，而是由礦石及冶煉過程中帶入的，故稱為雜質元素。這些雜質對鋼性能是有一定影響，為了保證鋼材的質量，在國家標準中對各類鋼的化學成分都作了嚴格的規(guī)定。
1）硫
   硫來源于煉鋼的礦石與燃料焦炭。它是鋼中的一種有害元素。硫以硫化鐵(FeS)的形態(tài)存在于鋼中，F(xiàn)eS和  Fe 形成低熔點(985℃)化合物。而鋼材的熱加工溫度一般在1150～1200℃以上，所以當鋼材熱加工時，由于  FeS 化合物的過早熔化而導致工件開裂，這種現(xiàn)象稱為 “ 熱脆 ” 。含硫量愈高，熱脆現(xiàn)象愈嚴重，故必須對鋼中含硫量進行控制。**上等鋼：S＜0.02%～0.03%；上等鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。
2）磷
　   磷是由礦石帶入鋼中的，一般說磷也是有害元素。磷雖能使鋼材的強度、硬度增高，但引起塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，它使鋼材顯著變脆，這種現(xiàn)象稱"冷脆"。   冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞，含磷愈高，冷脆性愈大，故鋼中對含磷量控制較嚴。**上等鋼：  P ＜0.025%；上等鋼：  P ＜0.04%；普通鋼：  P ＜0.085%。
3）錳
　   錳是煉鋼時作為脫氧劑加入鋼中的。由于錳可以與硫形成高熔點(1600℃)的  MnS ，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的FeO成為MnO進入爐渣，從而改善鋼的品質，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度。因此，錳在鋼中是一種有益元素。一般認為，鋼中含錳量在0.5%～0.8%以下時，把錳看成是常存雜質。技術條件中規(guī)定，上等碳素結構鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；而較高含錳量的結構鋼中，其量可達0.7%～1.2%。
4）硅
　   硅也是煉鋼時作為脫氧劑而加入鋼中的元素。硅與鋼水中的FeO能結成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去，因此硅是一種有益的元素。硅在鋼中溶于鐵素體內使鋼的強度、硬度增加，塑性、韌性降低。**鋼中的含硅量通常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。
5）氧
　   氧在鋼中是有害元素。它是在煉鋼過程中自然進入鋼中的，盡管在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。氧在鋼中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等夾雜形式，使鋼的強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。
6）氮
　   鐵素體溶解氮的能力很低。當鋼中溶有過飽和的氮，在放置較長一段時間后或隨后在200～300℃加熱就會發(fā)生氮以氮化物形式的析出，并使鋼的硬度、強度提高，塑性下降，發(fā)生時效。鋼液中加入Al、Ti或V進行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。
7）氫
　   鋼中溶有氫會引起鋼的氫脆、白點等缺陷。白點常在軋制的厚板、大鍛件中發(fā)現(xiàn)，在縱斷面中可看到圓形或橢圓形的白色斑點；在橫斷面上則是細長的發(fā)絲狀裂紋。鍛件中有了白點，使用時會發(fā)生突然斷裂，造成不測事故。因此，化工容器用鋼，不允許有白點存在。   氫產生白點冷裂的主要原因是因為高溫奧氏體冷至較低溫時，氫在鋼中的溶解度急劇降低。當冷卻較快時，氫原子來不及擴散到鋼的表面而逸出，就在鋼中的一些缺陷處由原子狀態(tài)的氫變成分子狀態(tài)的氫。氫分子在不能擴散的條件下在局部地區(qū)產生很大壓力，這壓力超過了鋼的強度極限而在該處形成裂紋，即白點。
2．1．2為了合金化而加入的合金元素，*常用的有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩，鈦，鈮、硼、鋁等。現(xiàn)分別說明它們在鋼中的作用。
1）硅
   ①提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低；
   ②硅能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比；
   ③耐腐蝕性。硅的質量分數(shù)為15％一20％的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。
缺點：使鋼的焊接性能惡化。
2）錳
   ①錳能提高鋼的淬透性。
   ②錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用。
   ③錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。
缺點：
   ①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；
   ②錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感t在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：
   ③當錳的質量分數(shù)超過1％時，會使鋼的焊接性能變壞，
   ④錳會使鋼的耐銹蝕性能降低。
3）鉻在鋼中的作用
   ①鉻可提高鋼的強度和硬度。
   ②鉻可提高鋼的高溫機械性能。
   ③使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性
   ④阻止石墨化
   ⑤提高淬透性。
缺點：
   ①鉻是顯著提高鋼的脆性轉變溫度
   ②鉻能促進鋼的回火脆性。
4）鎳在鋼中的作用
   ①可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性；
   ②鎳可降低鋼的脆性轉變溫度，即可提高鋼的低溫韌性；
   ③改善鋼的加工性和可焊性；
   ④鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。
5）鉬在鋼中的作用
   ①鉬對鐵素體有固溶強化作用。
   ②提高鋼熱強性
   ③抗氫侵蝕的作用。
   ④提高鋼的淬透性。
缺點：
   鉬的主要**作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。
6）鎢在鋼中的作用
   ①提高強度
   ②提高鋼的高溫強度。
   ③提高鋼的抗氫性能。
   ④是使鋼具有熱硬性。因此鎢是高速工具鋼中的主要合金元素。
7）釩在鋼中的作用
   ①熱強性。
   ②釩能顯著地改善普通低碳低合金鋼的焊接性能。
8）鈦在鋼中的作用
   ①鈦能改善鋼的熱強性，提高鋼的抗蠕變性能及高溫持久強度；
   ②并能提高鋼在高溫高壓氫氣中的穩(wěn)定性。使鋼在高壓下對氫的穩(wěn)定性高達600℃以上，在珠光體低合金鋼中，鈦可阻止鉬鋼在高溫下的石墨化現(xiàn)象。因此，鈦是鍋爐高溫元件所用的熱強鋼中的重要合金元素之一。
9）鈮在鋼中的作用
   ①鈮和碳、氮、氧都有極強的結合力，并與之形成相應的極為穩(wěn)定的化合物，因而能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。
   ②有極好的抗氫性能。
   ③鈮能提高鋼的熱強性
10）硼在鋼中的作用     ；
   ①提高鋼的淬透性。
   ②提高鋼的高溫強度。強化晶界的作用。
11）鋁在鋼中的作用
   ①用作煉鋼時的脫氧定氮劑，細化晶粒，抑制低碳鋼的時效，改善鋼在低溫時的韌性，特別是降低了鋼的脆性轉變溫度；
   ②提高鋼的抗氧化性能。曾對鐵鋁合金的抗氧化性進行了較多的研究；4％AI即可改變氧化皮的結構，加入6％A1可使鋼在980C以下具有抗氧化性。當鋁和鉻配合并用時，其抗氧化性能有更大的提高。例如，含鐵50％一55％、鉻30％一35％、鋁10％一15％的合金，在1  400C 高溫時，仍具有相當好的抗氧化性。由于鋁的這一作用，近年來，常把鋁作為合金元素加入耐熱鋼中。
   ③此外，鋁還能提高對硫化氫和V2O5，的抗腐蝕性。
缺點：
   ①脫氧時如用鋁量過多，將促進鋼的石墨化傾向。
   ②當含鋁較高時．其高溫強度和韌性較低。
2．2合金元素對鋼的主要工藝性能的影響：
   鋼的主要工藝性能有：冷態(tài)成型性、切削性、焊接性能、熱處理工藝性、鑄造性能等
2．2．1   合金元素對鋼的冷態(tài)成型性的影響
     冷態(tài)成型性：冷態(tài)成型包括許多不同的冷成型工藝，如深沖、拉延成型和彎曲等。其冷態(tài)成型工藝性能優(yōu)劣涉及被變形材料的成分、組織和冷變形工藝參量（模具形狀、變形量、變形速度、潤滑條件等）。
   與冷態(tài)成型性有關的材料性能參量有：
①低的屈服強度
②高的延伸率
③高的均勻伸長率
④高的加工硬化率（n值），
⑤高的深沖性參量（r值）
⑥適當而均勻的晶粒度；
⑦控制夾雜物的形狀和分布；
⑧游離滲碳體的數(shù)量和分布。
1）冷軋薄鋼板：
   碳：碳含量增加會使拉延能力變壞，因此絕大部分鋼板都采用低碳鋼。
   錳：錳的影響和碳相似，但適當?shù)暮靠梢詼p輕硫的**作用。
   磷、硅：磷和硅溶于鐵素體引起強化并略影響塑性，降低拉延性能。
2）熱軋鋼板
   選用沖壓用熱軋鋼板時，既要考慮強度要求，也要考慮沖壓性能。
   碳：碳是對熱軋鋼板沖壓性能影響*大的元素。對于沖壓用的熱軋鋼板，一般不宜以增加碳的辦法來提高強度，應采用添加合金元素來提高鋼的強度。
   硫：硫在鋼中形成硫化物夾雜，在軋制中拉長，分割金屬基體降低塑性，影響沖壓性能。
2．2．2   合金元素對鋼的切削加工性的影響
     非金屬夾雜物是決定鋼的切削性的主要因素。非金屬夾雜物的類型、大小、形狀、分布和體積百分數(shù)不同，對切削性的影響也不同。   為了達到改善鋼的切削性的目的，這些非金屬夾雜物必須滿足下列四個條件：
①在切削運動平面上，夾雜物必須作為應力集中源，從而引起裂紋和脆化切屑的作用。
②夾雜物必須具有一定的塑性，而不致切斷金屬的塑性流變，從而損害刃具的表面。
③夾雜物必須在刃具的前面與切屑之間形成熱量傳播的障礙。
④夾雜物必須具有光滑的表面，而不能在刃具的側面作為磨料。
鋼的切削性的提高主要還是通過加入易削添加劑，例如S、P、Pb、Bi、Ca、Se(硒)、Te(碲)等。
●   硫是了解*清楚和廣泛應用的易削添加劑。
   當鋼中含足夠量的Mn時，S的加入將形成MnS夾雜物。加S的碳鋼可以提高切削速度25％或更高，它取決于鋼的成分和S的加入量。   約1％體積份額的MnS,   可以使高速鋼刃具的磨損速率迅速下降。MnS夾雜物在切削剪切區(qū)作為應力集中源，可以起裂紋源的作用，并隨后引起切屑斷裂。因此，隨著MnS體積份額的增加，切屑破斷能力得到改善。  MnS 夾雜物還可能在切屑刃具表面沉積為MnS薄層，這種薄層可以降低刃具與切屑的摩擦，導致切削溫度和切屑力的降低，并減少刃具的磨損或成為熱量傳播的障礙，從而延長刃具的使用壽命。
●  Pb 是僅次于S的常用易削添加劑。
  Pb 對切削加工性的有益效應，不取決于MnS的存在，因而可以加到低S鋼和加S鋼中。在不添加S的鋼中，Pb以分散的質點形式分布于鋼中。在加S鋼中，Pb首先與MnS結合。與S相似，Pb可以作為內部潤滑劑降低摩擦力，并轉過來降低剪切抗力，并減小切屑與刃具的接觸面積，從而降低刃具的磨損。
●   近年來許多注意力已經(jīng)轉到通過Ca脫氧生產易削結構鋼上。
   通過用Ca-Si和Si-Fe合金控制脫氧，可以形成特定的CaO-MnO-SiO2-Al2O3四元非金屬夾雜物，它在機加工時，將在刃具磨損表面沉積為一個薄層（約20μm）。這種薄層是磨損的障礙，因而可延長碳化物刃具的使用壽命。
2．2．3合金元素對鋼的焊接性的影響
     鋼的焊接性是一個很復雜的工藝性能，因為它既與焊接裂紋的敏感性有關，又與服役條件和試驗溫度下所要求的韌性有密切聯(lián)系。
●   一般認為，高強度低合金鋼的焊接性是良好的，并且隨含碳量的降低，焊接性得到改善。
●   為此，國際焊接協(xié)會根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用碳當量為比較的基礎，由加入的各元素來計算和評定鋼材的焊接性能。
   其近似公式如下：
   碳當量  = C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
   式中：元素符號代表該元素重量百分比。
   碳當量越低，焊接性能越好。
   碳當量≤0.35%，焊接性能良好；碳當量≥0.4-0.5%，焊接就較困難。