鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過 0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時，使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用，還增加鋼的熱強性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。
鉻能提高碳素鋼軋制狀態(tài)的強度和硬度，降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時，強度和硬度將下降，伸長率和斷面收縮率則相應(yīng)地有所提高。含鉻鋼的零件經(jīng)研磨容易獲得較高的表面加工質(zhì)量。
鉻在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)中的主要作用是提高淬透性，使鋼經(jīng)淬火回火后具有較好的綜合力學性能，在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物，從而提高材料表面的耐磨性。含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性，有良好的回火穩(wěn)定性。在電熱合金中，鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度。
鎳在鋼中強化鐵素體并細化珠光體，總的效果是提高強度，對塑性的影響不顯著。
一般地講，對不需調(diào)質(zhì)處理而在軋鋼、正火或退火狀態(tài)使用的低碳鋼，一定的含鎳量能提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。據(jù)統(tǒng)計，每增加1%的鎳約可提高強度29.4Pa。
隨著鎳含量的增加，鋼的屈服程度比抗拉強度提高的快，因此含鎳鋼的比可較普通碳素鋼高。鎳在提高鋼強度的同時，對鋼的韌性、塑性以及其他工藝的性能的損害較其他合金元素的影響小。
對于中碳鋼，由于鎳降低珠光體轉(zhuǎn)變溫度，使珠光體變細；又由于鎳降低共析點的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素鋼比，其珠光體數(shù)量較多，使含鎳的珠光體鐵素體鋼的強度較相同碳含量的碳素鋼高。反之，若使鋼的強度相同，含鎳鋼的碳含量可以適當降低，因而能使鋼的韌性和塑性有所提。鎳可以提高鋼對疲勞的抗力和減小鋼對缺口的敏感性。鎳降低鋼的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度，這對低溫用鋼有極重要的意義。含鎳3.5%的鋼可在-100℃時使用，含鎳9%的鋼則可在-196℃時工作。鎳不增加鋼對蠕變的抗力，因此一般不作為熱強鋼的強化元素。
鎳含量高的鐵鎳合金，其線脹系數(shù)隨鎳含量增減而顯著變化，利用這一特性，可以設(shè)計和生產(chǎn)具有極低或一定線脹系數(shù)的精密合金、雙金屬材料等。此外，鎳加入鋼中不僅能耐酸，而且也能抗堿，對大氣及鹽都有抗蝕能力，鎳是不銹耐酸鋼中的重要元素之一。
鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性，防止回火脆性，增加剩磁和矯頑力以及在某些介質(zhì)中的抗蝕性。在調(diào)質(zhì)鋼中，鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透，提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除(或降低)殘余應(yīng)力，提高塑性。在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外，還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀的傾向，減少滲碳層中殘留的奧氏體，相對地增加了表面層的耐磨性。
在鍛模剛中，鉬還能保持鋼有比較穩(wěn)定的硬度，增加對變形。開裂和磨損等的抗力。在不銹耐酸鋼中，鉬能進一步提高對有機酸(如蟻酸、醋酸、草酸等)以及過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入，防止了氯離子的存在所產(chǎn)生的點腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。
硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度，其作用僅次于磷，較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強。但含硅量超過3%時，將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(σs/σb)，以及疲勞強度和疲勞比(σ-1/σb)等。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。硅能降低鋼的密度、熱導率和電導率。能促使鐵素體晶粒粗化，降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向，使磁化容易，磁阻減小，可用來生產(chǎn)電工用鋼，所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導磁率，使鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強度。
但在強磁場下硅降低鋼的磁感強度。硅因有強的脫氧力，從而減少了鐵的磁時效作用。含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面將形成一層SiO2薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長，降低塑性。硅鋼若加熱時冷卻較快，由于熱導率低，鋼的內(nèi)部和外部溫差較大，因而斷裂。硅能降低鋼的焊接性能。因為與氧的結(jié)合能力硅比鐵強，在焊接時容易生成低熔點的硅酸鹽，增加熔渣和融化金屬的流動性，引起噴濺現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時酌情加一定量的硅，能顯著提高率的脫氧性。硅在鋼中本來就有一定的殘存，這是由于煉鐵煉鋼時作為原料帶入的。在沸騰鋼中，硅限制在<0.07%，有意加入時，則在煉鋼時加入硅鐵合金。
錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中一般都含有一定量的錳，它能消除或減弱由于硫引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。
錳和鐵形成的固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度；同時又是碳化物形成的元素，進入滲碳體中取代一部分鐵原子，錳在鋼中由于降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，起到細化珠光體的作用，也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用。
錳穩(wěn)定奧氏體組織的能力僅次于鎳，也強烈增加鋼的淬透性。已用含量不超過2%的錳與其他元素配合制成多種合金鋼。錳具有資源豐富、效能多樣的特點，獲得了廣泛的應(yīng)用，如含錳較高的碳素結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼。
在高碳高錳耐磨鋼中，錳含量可達10%～14%，經(jīng)固溶處理后有良好的韌性，當收到?jīng)_擊而變形時，表面層將因變形而強化，具有高的耐磨性。錳與硫形成熔點較高的MnS，可防止因FeS而導致的熱脆現(xiàn)象。錳有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。若冶煉澆注和鍛軋后冷卻不當，容易使鋼產(chǎn)生白點。
鋁主要用來脫氧和細化晶粒。在滲氮鋼中促使形成堅硬耐蝕的滲氮層。鋁能抑制低碳鋼的時效，提高鋼在低溫下的韌性。含量高時能提高鋼的抗氧化性及在氧化性酸和H2S氣體中的耐蝕性，能改善鋼的電、磁性能。鋁在鋼中固溶強化作用大，提高滲碳鋼的耐磨性、疲勞強度及芯部力學性能。在難冶合金中鋁與鎳形成化合物，從而提高冶強性，含鋁的鐵鉻鋁合金在高溫下具有接近恒電阻的特性和優(yōu)良的抗氧化性，適于做電冶合金材料與鉻鋁電阻絲。某些鋼脫氧時，如果鋁用量過多，則會使鋼產(chǎn)生反常組織和有促進鋼的石墨化傾向。在鐵素體及珠光體鋼中，鋁含量較高時，會降低其高溫強度和韌性，并給冶煉、澆注等方面帶來若干困難。
磷在鋼中固溶強化和冷作硬化作用強。作為合金元素加入低合金結(jié)構(gòu)鋼中，能提高其強度和鋼的耐大氣腐蝕性能，但降低其冷沖壓性能。磷與硫和錳聯(lián)合使用，能增加鋼的被切削性能，增加加工件的表面質(zhì)量，用于易切削鋼，所以易切削鋼含磷也比較高。磷用于鐵素體，雖然能提高鋼的強度和硬度，最大的害處是，偏析嚴重，增加回火脆性，顯著增加鋼的塑性和韌性，致使鋼在冷加工時容易脆裂也即所謂“冷脆”現(xiàn)象。磷對焊接性也有不利影響。磷是有害元素，應(yīng)嚴加控制，一般含量不大于0.03%～0.04%。
提高硫和錳的含量，可以改善鋼的被切削性能，在易切削鋼中，硫作為有益元素加入。硫在鋼中偏析嚴重。惡化鋼的質(zhì)量，在高溫下，降低鋼的塑性，是一種有害元素，它以熔點較低的FeS形式存在。單獨存在的FeS的熔點只有1190℃，而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低，只有988℃，當鋼凝固時，硫化鐵析集在原生晶界處。鋼1100～1200℃進行軋制時，晶界上的FeS就將熔化，大大的削弱了晶粒之間的結(jié)合力，導致鋼的熱脆現(xiàn)象，因此對硫應(yīng)嚴加控制。一般控制在0.020%～0.050%。為防止因硫?qū)е碌拇嘈?，?yīng)加足夠的錳，使其形成熔點較高的MnS。若鋼中含流量偏高，焊接時由于SO2的產(chǎn)生，將在焊接金屬內(nèi)形成氣孔和疏松。