钢是由各种化学成分组成的,化学成分及其含量对钢的性能(特别是力学性能)将产生重要影响。铁(Fe)是钢材的基本元素,纯铁质软,在碳素结构钢中约占99%;碳和其他元素仅占1%,但对钢材的力学性能却产生着决定性的影响。其他元素包括硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金钢中还含有少量(低于5%)合金元素,如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。

在碳素结构钢中,碳是仅次于纯铁的主要元素,它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。随着碳含量的增加,钢的强度提高,而塑性、韧性和疲劳强度下降,同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。因此,尽管碳是使钢材获得足够强度的主要元素,但在钢结构中采用的碳素结构钢,对碳的质量分数要加以限制,一般不应超过0.22%,在焊接结构中还应低于0.20%。

硫和磷(特别是硫)是钢中的有害成分,它们会降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。在高温时,硫使钢变脆,称之为热脆;在低温时,磷使钢变脆,称之为冷脆。一般硫、磷的质量分数应不超过0.045%。但是,磷可提高钢材的强度和抗锈性,可使用的高磷钢,磷的质量分数可达0.12%,这时应减少钢材中的含碳量,以保持一定的塑性和韧性。

氧和氮都是钢中的有害杂质。氧的作用和硫类似,使钢热脆;氮的作用和磷类似,使钢冷脆。由于氧、氮容易在熔炼过程中逸出,一般不会超过极限含量,故通常不要求做含量分析。(www.daowen.com)

硅和锰是钢中的有益元素,都是炼钢的脱氧剂。它们使钢材的强度提高,含量适宜时,对塑性和韧性无显著的不良影响。在碳素结构钢中,硅的质量分数应不大于0.3%,锰的质量分数为0.3%～0.8%。对于低合金高强度结构钢,锰的质量分数可达1.0%～1.6%,硅的质量分数可达0.55%。

钒和钛是钢中的合金元素,能提高钢的强度和抗腐蚀性能,又不显著降低钢的塑性。

铜在碳素结构钢中属于杂质成分,它可以显著地提高钢的抗腐蚀性能,也可以提高钢的强度,但对可焊性有不利影响。