C（碳）
在鑄鋼製程中加入碳（C）是我們常用的鑄造方法。當碳含量低於 2% 時，我們稱之為鑄鋼；當碳含量高於 2% 時，則稱之為碳鋼。然而，碳本身並不具有強度與硬度，但當它以碳化鐵（Fe₃C）的形式存在於固溶體中時，碳便成為控制強度與硬度的主要元素。
碳的主要作用：
在不鏽鋼鑄造中，隨著碳含量增加，鋼的強度、硬度和硬化能提高，但會降低塑性、韌性、磁性和電性。碳與鋼中某些合金元素結合形成各種碳化物，對鋼的性能產生不同影響。 某些鑄鋼的碳含量範圍：碳鋼 0.03 ~ 1.04%，高速工具鋼 0.75 ~ 1.60%，熱作工具鋼 0.22 ~ 0.70%，冷作工具鋼 0.45 ~ 2.85%。
錳
我們會在鋼水的脫氧與脫硫過程中看到錳，但此時它在鋼中的殘留量低於 1%。當鋼中錳含量超過 1% 時，錳便是特意添加的合金元素。
錳的主要作用：
為提高鑄鋼件的抗拉強度、硬化能、高韌性及加工性能。在含硫鋼中，錳可將硫引起的熱脆和冷脆降至最低。高錳鋼經加工硬化或衝擊後具有很高的耐磨性，但有促使鋼晶粒長大及增加第二類回火脆性的傾向。錳元素用於結構鋼、鋼筋鋼及彈簧鋼。 某些鑄鋼件中錳的含量範圍：碳鋼 0.25~0.65%，錳鋼 1.6~1.9%，冷作工具鋼 0.30~2.50%，沃斯田體鉻鎳不鏽鋼 2.00~15.5%。
矽
矽是肥粒鐵形成元素。它提高A(1)和A(3)溫度。由於矽具有石墨化效應，在鋼中通常與錳結合作為碳化物的穩定劑。它是一種常用的脫氧劑。
矽的主要作用：
在電工矽鋼片中，矽能提高導磁率和電阻率，並允許較低的磁滯損耗。矽使某些耐熱鋼具有抗氧化性。而鑄鋼件通過矽與錳的配合，可改善硬化能、強度及衝擊韌性。特別是淬火和回火後，能提高鋼的降伏強度和彈性限度。鑄鋼件的高矽含量會使其磁性能和電阻顯著增加。然而，矽傾向於促進石墨化，且當鋼中碳含量高時，這種效應更為顯著。 普通鋼中矽的含量範圍為 0.17% 至 0.37%。 .
鉻
鉻的主要作用：
不鏽鋼鑄件中含有足夠的碳時，鉻能提高鋼的硬度。通常，含碳1%的低鉻鋼非常硬。向低碳鋼中加入鉻可提高強度，但會降低延韌性。鉻能提高鋼的高溫強度與硬化能；在高碳鋼中還能提高耐磨性。
當大量添加鉻（高達 25%）時，由於會在鋼材表面形成保護性氧化層，因此可提高耐蝕性。與 Ni 等元素結合時，可改善鋼材的抗氧化性與熱強度，並進一步改善耐蝕性。鉻會促進晶粒生長，導致鋼材脆性增加。鉻是結構鋼、工具鋼、軸承鋼、不銹鋼及耐熱鋼中廣泛使用的元素。
鎢
鎢是強碳化物形成元素，能形成非常堅硬且穩定的碳化物 W₂C、WC 以及複合碳化物 Fe₄W₂C。這些碳化物溶解極慢，且僅在極高溫度下才會溶解。鎢是工具鋼，尤其是高速工具鋼的重要成分。在這些鋼中，鎢經二次硬化後能顯著提高硬度。作為肥粒鐵形成元素，鎢會降低 A₄ 溫度，並提高 A₃ 溫度。
鎢的主要作用：
鎢能抑制晶粒長大，因此具有細化晶粒的作用。鎢能減少熱加工和熱處理過程中的脫碳現象，提高調質鋼的高溫硬度。在某些高溫合金中，鎢可提高潛變強度。含鎢的不鏽鋼鑄件加熱至600~700℃時，碳化物仍不析出，從而避免鋼的軟化。鎢是高速工具鋼和合金工具鋼中使用較多的元素之一，但不適用於鑄鋼抗氧化性要求高的場合。 鎢在某些鋼種中的含量範圍：鎢鉻鋼 1.75%，高速工具鋼 1.15~21.0%，熱作工具鋼 0~19.0%，冷作工具鋼 0~2.0%，耐衝擊鋼 0~3.0%。
鉬
鉬 是一種強韌的碳化物形成元素。它可形成堅硬且穩定的碳化物 Mo(2)C，以及其他複合碳化物，例如 Fe(4)Mo(2)C 和 Fe(21)MoC(6)。
鉬的主要作用：
鉬的主要作用： 少量鉬能有效降低相變速率，提高鑄鋼的高溫強度與抗潛變性能。它還能增強不鏽鋼的耐腐蝕性，尤其在鹽酸溶液中。鎢在高速工具鋼中具有類似作用，常以鉬代鎢，以減少含鎢鋼中的碳化物聚集，改善機械性質。鉬是鉬鋼的重要成分之一，此類鋼具有高抗拉強度與良好塑性。在鉻鋼中添加鉬可改善切削加工性與機械性質。在鎳鉬鋼中，鉬可提高鑄造不鏽鋼的表面硬度。 鉬在某些鋼種中的含量範圍：鉬鋼 0.15～0.60%，高速工具鋼 0～10.0%，熱作工具鋼 0～5.5%，冷作工具鋼 0～1.8%，沃斯田體鉻鎳不鏽鋼 0～4.0%，麻田散體鉻鋼 0～1.25%，鉻鐵鋼 0～1.25%。
釩
釩是強碳化物形成元素，形成碳化釩（VC）。釩在鑄鋼中以細粒彌散的碳化物和氮化物形式存在。這些化合物在常規熱處理溫度下不分解，並能抑制晶粒長大。在高溫下，足量的碳與固溶釩可產生最顯著的二次硬化效果。
釩的主要作用：
釩是重要的晶粒細化元素。它能抑制沃斯田體晶粒長大，即便僅添加 0.1% 的釩，也能在淬火過程中有效抑制晶粒長大。然而，當鑄鋼被加熱到碳化物和氮化物顆粒溶解的溫度時，晶粒便開始長大。 釩碳含量比大於 5.7 時，可防止或減輕不鏽鋼酸鋼的晶界腐蝕，並顯著提高鑄造不鏽鋼抵抗高溫、高壓和氫腐蝕的能力。釩能細化晶粒，減緩合金元素的遷移速率，但鑄鐵鋼的高溫抗氧化性欠佳。 釩在某些鋼及合金中的含量範圍：鉻釩鋼 0.10~0.20%，高速工具鋼 0.90~5.25%，熱作工具鋼 0~2.20%，冷作工具鋼 0~5.15%。
鈷
鈷是一種碳化物形成元素。它形成碳化物的趨勢比鐵稍強。它能改善鋼的高溫特性及其抗氧化和耐腐蝕性。鈷是某些超硬高速工具鋼、某些永磁合金和高溫合金的重要成分。
鈷的主要作用：
鈷透過促進析出硬化過程，顯著提高強度與韌性。鈷溶解於肥粒鐵或沃斯田體中，並抑制升溫過程中的軟化。 某些鋼及合金中鈷的含量範圍：高速工具鋼 0~13.0%，熱作工具鋼 0~4.5%。
鈦
鈦 是一種固態碳化物形成元素。在固溶體狀態下，可靠的固溶體強化效果極強，但同時降低了固溶體的韌性。
鈦的主要作用：
在中鉻鋼中，鈦從固溶體中奪回碳，降低麻田散體硬度和硬化能。在高鉻鋼中，鈦可防止沃斯田體形成。在沃斯田體不鏽鋼中，鈦在高溫下從固溶體中奪回碳，從而防止碳化鉻在晶界形成。在沃斯田體高溫合金中，鈦促進析出硬化。在析出強化型高強度低合金鋼中，鈦可改善鋼的韌性。鈦能細化晶粒並固定碳，有利於鑄鐵鋼的焊接性。 高強度低合金鋼中鈦的含量範圍為 0~0.10%。
鉛
鉛在鋼水中的溶解度有限。由於鉛的密度遠高於鋼，因此鉛會在鋼水中下沉並與鋼水分離。鉛以內含物的形式存在於鋼中。這些夾雜物較軟，可作為間隙潤滑劑。其含量約為 0.20%，且存在極小的顆粒，可改善鋼材的切削性，而不會顯著影響其他特性。
鎳
鎳不形成碳化物。鎳在鑄鐵鋼中的存在會破壞鐵的碳化物穩定性，從而促進石墨化。鎳透過形成簡單的置換固溶體來強化肥粒鐵。作為沃斯田體形成元素，鎳透過提高 A₄ 溫度並降低 A₃ 溫度來穩定沃斯田體。若純鐵中含鎳量超過 25%，即使緩慢冷卻至室溫，所得合金仍為純沃斯田體。
鎳的主要作用：
在含鎳量不超過5%的合金鋼中，鎳可提高強度與韌性。鎳能在高鉻含量下形成沃斯田體，從而獲得沃斯田體鉻鎳不鏽鋼。此特性使其應用廣泛，尤其在不鏽鋼和耐熱鋼中特別顯著。含少量碳的高鎳鋼會顯著增加各向異性晶型轉變的熱滯，這導致麻田散體時效鋼在加熱至600℃時仍能保留麻田散體。鎳能降低熱膨脹係數，而在高鎳合金中則能提高磁導率。當鑄鋼中鎳含量較高時，與鉻配合可顯著改善鋼的耐腐蝕性和耐熱性。
鈮
鈮透過析出硬化並進一步細化肥粒鐵晶粒來提高強度。
鈮的主要作用：
少量鈮（約0.02%）可有效提高碳鋼的抗拉強度與降伏強度。鈮是一些高強度低合金鋼的重要組分。 當鈮含量超過碳含量的8倍時，幾乎可將鑄鋼中的所有碳固定。沃斯田體鋼透過氧化性介質防止鑄鋼的晶界腐蝕。由於固定了鋼中的碳以及析出硬化效應，可改善熱強鋼的高溫性能，如潛變強度。
銅
銅是奧氏體形成元素。由於銅有石墨化的傾向，因此僅添加於低碳鋼中，且添加量不超過 1.5%。
銅的主要作用是改善耐腐蝕性，並藉由沉澱硬化增加合金的抗拉強度。對於那些沒有發生沉澱硬化的鋼材，銅可以稍微提高其屈服強度。然而，不銹鋼鑄件的塑性與韌性則會降低。碳鋼可增加淬透性並降低延展性。當銅含量超過 0.4%-0.5% 時，會使鋼件表面在熱加工時容易產生裂痕。
鋁
鋁的碳化物形成能力比鐵低。鋁可促進不銹鋼鑄件的石墨化。
鋁的主要作用：
鋁與氮或氧形成有效的細小彌散相，以抑制晶粒長大。透過氮在較低溫度下的擴散（氮化），可生成有效的表面硬化層。鋁還能在鑄鐵鋼表面生成緻密的氧化鋁層，使鋼具有耐腐蝕性。鋁可細化鑄造不鏽鋼的晶粒，從而提高鋼的強度與韌性。
硼
硼是一種非常堅硬的固體，熔點為2300°C。
硼的主要作用：
在充分脫氧的鑄造不鏽鋼中添加微量硼（0.0005%～0.005%）可顯著提高鋼的硬化能。這是由於冷卻時相變速率降低所致，但當碳含量增加時，硬化能反而下降。因此，在碳含量低於0.6%的低碳鋼或中碳鋼中添加硼效果顯著。若加入少量硼，可將其他更昂貴合金元素的用量減少一半，仍能使鑄鋼維持相同的相變速率。硼可改善鑄造不鏽鋼的延展性與機械性質。
硫
硫在鑄鋼中通常被視為雜質元素，易形成硫化鐵（FeS）等低熔點共晶體，導致熱脆性。但適量的硫與錳結合可形成硫化錳（MnS），改善鋼的切削加工性。
硫的主要作用：
當向鑄鋼中加入足量的錳時，硫形成MnS，該化合物在熱加工溫度下具有塑性。硫會增加鋼中非金屬夾雜物，降低鋼的強度，並顯著惡化鋼的焊接性能。在熱加工中易產生脆性（熱脆），但稍高的硫含量可改善低碳鋼的切削加工性。 普通鋼中硫的含量 ≤ 0.045%。
磷
硫是对铸钢危害最大的元素。硫通过形成脆性硫化铁（FeS）对钢产生最有害的影响。硫化物在钢中的含量低至0.01%时，即可引发硫化物沿晶界析出。
硫的主要作用：
當向鑄鋼中加入足量的錳時，硫形成MnS，該化合物在熱加工溫度下具有塑性。硫會增加鋼中非金屬夾雜物，降低鋼的強度，並顯著惡化鋼的焊接性能。在熱加工中易產生脆性（熱脆），但稍高的硫含量可改善低碳鋼的切削加工性。 普通鋼中硫的含量 ≤ 0.045%。
氮
鋼中的氮既可形成氮化物，也可在凝固後溶解於間隙位置。這兩種情況都會使鋼脆化，使其不適合冷加工。因此，生產高塑性軟鋼時，氮含量必須低至 0.002%。降低氮含量還能減少淬火時效。在熱軋或鍛鋼中，磷會形成所謂的「異常區」，成為鋼中的弱點。
氫
在室溫下，氫會在鋼中擴散。這種擴散在溫度緩慢上升時更為有效。氫含量大於約 0.0005% 會導致鋼材延展性降低。氫含量高於 0.0005% 會導致鋼材內部破裂。這通常發生在軋延或鍛造後的金屬冷卻過程中。
它使鋼材容易產生白點等不允許的缺陷，導致氫脆，也是導致焊接熱影響區域冷裂（延遲裂紋）的重要因素。
氧
在煉鋼吹煉過程中，大量氧被吹入熔池。吹煉結束時，鋼液中殘留過剩氧。若不進行脫氧，將影響後續澆注作業。且在鋼液凝固過程中，氧以氧化物形式大量析出。鑄造不鏽鋼也會生成氧化物非金屬夾雜物，降低鋼的塑性和衝擊韌性，使鋼變脆。
砷
砷含量不超過 0.20% 時，對鑄造不鏽鋼的一般機械性質影響不大，但會增加回火脆性的敏感性。
鋯
少量鋯具有脫氣、淨化和細化晶粒的作用。有利於鋼的低溫韌性。還能消除時效現象，改善鋼的沖壓性能。
