1. 炭素（C）：鋼中の炭素含有量が増加すると、降伏強度と引張強度は増加しますが、塑性と衝撃強度は低下します。ただし、炭素含有量が0.23%を超えると、鋼の溶接性が低下します。そのため、溶接に使用される低合金構造用鋼の炭素含有量は、一般的に0.20%を超えません。炭素含有量の増加は、鋼の耐大気腐食性も低下させ、高炭素鋼は屋外で腐食しやすくなります。さらに、炭素は鋼の低温脆性と時効感受性を高める可能性があります。

2. シリコン (Si): シリコンは製鋼工程における強力な脱酸剤であり、キルド鋼中のシリコン含有量は一般的に 0.12%～0.37% です。鋼中のシリコン含有量が 0.50% を超えると、シリコンは合金元素と呼ばれます。シリコンは鋼の弾性限界、降伏強度、引張強度を大幅に向上させることができ、ばね鋼として広く使用されています。焼入れ焼戻し構造用鋼に 1.0～1.2% のシリコンを添加すると、強度が 15～20% 向上します。シリコン、モリブデン、タングステン、クロムと組み合わせると、耐食性および耐酸化性が向上し、耐熱鋼の製造に使用できます。1.0～4.0% のシリコンを含む低炭素鋼は、極めて高い透磁率を持ち、電気産業で電磁鋼板として使用されています。シリコン含有量の増加は鋼の溶接性を低下させます。

3. マンガン (Mn): マンガンは優れた脱酸剤および脱硫剤です。一般的に、鋼には 0.30〜0.50% のマンガンが含まれています。炭素鋼に 0.70% 以上のマンガンを添加すると、「マンガン鋼」と呼ばれます。通常の鋼と比較して、十分な靭性があるだけでなく、強度と硬度も高く、鋼の焼入れ性および熱間加工性を向上させます。11〜14% のマンガンを含む鋼は極めて高い耐摩耗性を持ち、掘削機のバケット、ボールミルのライナーなどによく使用されます。マンガン含有量が増加すると、鋼の耐食性が弱まり、溶接性能が低下します。

4. リン（P）：一般的に、リンは鋼材にとって有害な元素であり、鋼材の強度を高める一方で、塑性や靭性を低下させ、低温脆性を増加させ、溶接性や低温曲げ性を悪化させます。そのため、鋼材中のリン含有量は通常0.045%未満であることが求められ、高品質鋼材ではその要求はさらに低くなります。

5. 硫黄（S）：硫黄は通常、有害な元素です。鋼を高温脆化させ、鋼の延性や靭性を低下させ、鍛造や圧延時に亀裂を引き起こします。また、硫黄は溶接性能を低下させ、耐食性も低下させます。そのため、硫黄含有量は通常0.055%未満であり、高品質鋼では0.040%未満です。鋼に0.08～0.20%の硫黄を添加すると、被削性が向上し、これは一般的に快削鋼と呼ばれます。

6. アルミニウム（Al）：アルミニウムは鋼の脱酸剤として一般的に用いられています。鋼に少量のアルミニウムを添加することで、結晶粒を微細化し、衝撃靭性を向上させることができます。また、アルミニウムは耐酸化性、耐食性にも優れています。アルミニウムをクロムやシリコンと組み合わせることで、鋼の高温剥離性能と高温耐食性を大幅に向上させることができます。アルミニウムの欠点は、鋼の熱間加工性、溶接性、切断性に影響を与えることです。

7. 酸素（O）と窒素（N）：酸素と窒素は、金属が溶融する際に炉内ガスから混入する有害元素です。酸素は鋼を高温脆化させ、その影響は硫黄よりも深刻です。窒素は鋼の低温脆化をリンと同程度に引き起こします。窒素の時効作用は鋼の硬度と強度を高めますが、延性と靭性を低下させます。特に変形時効の場合に顕著です。

8. ニオブ（Nb）、バナジウム（V）、チタン（Ti）：ニオブ、バナジウム、チタンはすべて結晶粒微細化元素です。これらの元素を適切に添加することで、鋼の組織を改善し、結晶粒を微細化し、鋼の強度と靭性を大幅に向上させることができます。