Các nguyên tố hợp kim phổ biến bao gồm crom, niken, molypden, vonfram, vanadi, titan, niobi, zirconi, coban, silic, mangan, nhôm, đồng, boron, đất hiếm, v.v. Phốt pho, lưu huỳnh và nitơ cũng đóng vai trò là hợp kim trong một số loại thép (ví dụ: 11SMn30).
1. Crom (Cr) Crom có thể làm tăng độ cứng của thép và có tác dụng làm cứng thứ cấp, có thể cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép carbon mà không làm cho thép bị giòn. Khi hàm lượng vượt quá 12%, thép có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và chống ăn mòn oxy hóa tốt, đồng thời cũng làm tăng độ bền nhiệt của thép. Crom là nguyên tố hợp kim chính của thép không gỉ chịu axit và thép chịu nhiệt. Chromium có thể cải thiện độ bền và độ cứng của thép carbon ở trạng thái cán, đồng thời giảm độ giãn dài và giảm diện tích. Khi hàm lượng crom vượt quá 15 phần trăm, độ bền và độ cứng sẽ giảm, đồng thời độ giãn dài và giảm diện tích sẽ tăng theo. Chức năng chính của crom trong cấu trúc tôi và tôi luyện là cải thiện độ cứng, để thép có các tính chất cơ học toàn diện tốt hơn sau khi tôi và tôi luyện. Trong thép cacbon hóa, cacbua chứa crom cũng có thể được hình thành, do đó cải thiện điện trở bề mặt của vật liệu. mài mòn. Thép lò xo chứa crom không dễ bị khử cacbon trong quá trình xử lý nhiệt. Chromium có thể cải thiện khả năng chống mài mòn, độ cứng và độ cứng đỏ của thép công cụ, đồng thời có độ ổn định tôi luyện tốt. Trong các hợp kim nhiệt điện, crom có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa, độ bền và độ bền của hợp kim.
2. Niken（Ni）Niken tăng cường ferit và tinh chế ngọc trai trong thép. Hiệu quả tổng thể là tăng cường độ và ảnh hưởng đến độ dẻo là không đáng kể. Nói chung, đối với thép carbon thấp được sử dụng ở trạng thái cán, chuẩn hóa hoặc ủ mà không cần xử lý tôi và tôi luyện, một hàm lượng niken nhất định có thể làm tăng độ bền của thép mà không làm giảm đáng kể độ dẻo dai của nó. Trong khi cải thiện độ bền của thép, niken ít gây hại cho độ dai, độ dẻo và các đặc tính quy trình khác của thép so với các nguyên tố hợp kim khác. Đối với thép carbon trung bình, do niken làm giảm nhiệt độ chuyển hóa của ngọc trai, nên ngọc trai trở nên mỏng hơn; và bởi vì niken làm giảm hàm lượng carbon của điểm eutectoid, số lượng ngọc trai lớn hơn so với thép carbon có cùng hàm lượng carbon. Sức mạnh của thép ferritic ngọc trai chứa niken cao hơn thép carbon có cùng hàm lượng carbon. Ngược lại, nếu độ bền của thép là như nhau, thì hàm lượng carbon trong thép chứa niken có thể được giảm xuống một cách thích hợp, để có thể cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo của thép. Niken có thể làm tăng khả năng chống mỏi của thép và giảm độ nhạy của thép đối với khía. Niken làm giảm nhiệt độ chuyển tiếp giòn ở nhiệt độ thấp của thép, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với thép ở nhiệt độ thấp. Thép có 3,5 phần trăm niken có thể được sử dụng ở độ -100 và thép có 9 phần trăm niken có thể hoạt động ở độ -196. Niken không làm tăng khả năng chống rão của thép, vì vậy nó thường không được sử dụng làm nguyên tố tăng cường cho thép bền nhiệt. Ngoài ra, niken được thêm vào thép không chỉ có thể chống lại axit mà còn chống lại kiềm và có khả năng chống ăn mòn với khí quyển và muối. Niken là một trong những nguyên tố quan trọng trong thép không gỉ chống axit.
3. molypden（Mo） Molypden có thể cải thiện độ cứng và độ bền nhiệt của thép, ngăn ngừa tính giòn, tăng độ bền và lực cưỡng bức và khả năng chống ăn mòn trong một số phương tiện nhất định.
4. Vonfram（W） Ngoài việc tạo thành cacbua trong thép, vonfram hòa tan một phần vào sắt để tạo thành dung dịch rắn. Tác dụng của nó tương tự như của molypden. Tính theo phần trăm khối lượng, tác dụng chung không đáng kể bằng tác dụng của molypden. Mô hình chính của vonfram trong thép là tăng độ ổn định ram, độ cứng màu đỏ, độ bền nhiệt và tăng khả năng chống mài mòn do sự hình thành cacbua. Do đó, nó chủ yếu được sử dụng cho thép công cụ, chẳng hạn như thép tốc độ cao, thép cho khuôn rèn nóng, v.v. Do việc bổ sung vonfram, khả năng chống mài mòn và khả năng gia công của thép có thể được cải thiện đáng kể, vì vậy vonfram là nguyên tố chính bằng thép dụng cụ hợp kim.
5. Vanadi（V） Vanadi có ái lực mạnh với carbon, amoniac và oxy, đồng thời tạo thành các hợp chất ổn định tương ứng với nó. Vanadi tồn tại chủ yếu ở dạng cacbua trong thép. Chức năng chính của nó là tinh chỉnh cấu trúc và hạt của thép, đồng thời làm giảm độ bền và độ dẻo dai của thép. Khi nó được hòa tan thành dung dịch rắn ở nhiệt độ cao, nó làm tăng độ cứng; ngược lại, khi nó tồn tại ở dạng cacbua, nó làm giảm độ cứng. Vanadi làm tăng tính ổn định tôi luyện của thép đã tôi và tạo ra hiệu ứng tôi cứng thứ cấp. Hàm lượng vanadi trong thép, ngoại trừ thép công cụ tốc độ cao, thường không nhiều hơn 0.5 phần trăm. Vanadi có thể tinh chế các hạt trong thép hợp kim carbon thấp thông thường, cải thiện cường độ và tỷ lệ năng suất sau khi chuẩn hóa và các đặc tính nhiệt độ thấp, đồng thời cải thiện hiệu suất hàn của thép. Vanadi trong thép kết cấu hợp kim thường được sử dụng kết hợp với mangan, crom, molypden và vonfram trong thép kết cấu vì nó sẽ làm giảm độ cứng trong điều kiện xử lý nhiệt thông thường.
6. Titan (Ti) Titan có ái lực mạnh với nitơ, oxy và carbon, và có ái lực với lưu huỳnh mạnh hơn sắt. Do đó, nó là một chất khử oxy tốt và là nguyên tố hiệu quả để cố định nitơ và cacbon. Mặc dù titan là một nguyên tố tạo cacbua mạnh, nhưng nó không kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành các hợp chất phức tạp. Titan cacbua có lực liên kết mạnh, ổn định và không dễ phân hủy. Nó chỉ có thể được hòa tan từ từ thành dung dịch rắn khi được nung nóng đến trên 1000 độ bằng thép. Gia công kim loại WeChat, nội dung hay, rất đáng để quan tâm. Trước khi được hòa tan, các hạt cacbua titan có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của hạt. Do ái lực giữa titan và carbon lớn hơn nhiều so với ái lực giữa crom và carbon, titan thường được sử dụng để cố định carbon trong thép không gỉ để loại bỏ sự suy giảm crom ở ranh giới hạt, do đó loại bỏ hoặc giảm sự ăn mòn giữa các hạt của thép. Titan cũng là một trong những nguyên tố hình thành ferit mạnh, làm tăng mạnh nhiệt độ A1 và A3 của thép. Titan có thể cải thiện độ dẻo và độ dẻo dai của thép hợp kim thấp thông thường. Độ bền của thép được tăng lên khi titan cố định nitơ và lưu huỳnh và tạo thành cacbua titan. Sau khi chuẩn hóa, các hạt được tinh chế và kết tủa để tạo thành cacbua có thể cải thiện đáng kể độ dẻo và độ bền va đập của thép. Thép kết cấu hợp kim có chứa titan có tính chất cơ học và tính chất gia công tốt, nhưng nhược điểm chính là độ cứng hơi kém.
7. Niobi（Nb） Niobi có thể hòa tan vào dung dịch rắn trong thép và đóng vai trò tăng cường dung dịch rắn. Khi hòa tan trong austenite, độ cứng của thép được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, ở dạng các hạt cacbua và oxit, nó sẽ tinh chế các hạt và làm giảm độ cứng của thép. Nó có thể làm tăng tính ổn định của thép và có tác dụng làm cứng thứ cấp. Một lượng nhỏ niobi có thể làm tăng độ bền của thép mà không ảnh hưởng đến độ dẻo hoặc độ dai của nó. Do ảnh hưởng của quá trình tinh chế hạt, nó có thể cải thiện độ bền va đập của thép và giảm nhiệt độ chuyển đổi giòn của nó. Khi hàm lượng carbon cao hơn 8 lần, hầu như tất cả carbon trong thép có thể được cố định, do đó thép có khả năng chống hydro tốt. Trong thép austenit, nó có thể ngăn ngừa sự ăn mòn giữa các hạt của thép bằng phương tiện oxy hóa. Do carbon cố định và quá trình làm cứng kết tủa, nó có thể cải thiện các đặc tính nhiệt độ cao của thép cường độ nhiệt, chẳng hạn như độ bền rão.