1. คาร์บอน (C): เมื่อปริมาณคาร์บอนในเหล็กเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงครากและความแข็งแรงดึงจะเพิ่มขึ้น แต่ความยืดหยุ่นและความแข็งแรงต่อแรงกระแทกจะลดลง อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณคาร์บอนเกิน 0.23% ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กจะเสื่อมลง ดังนั้นปริมาณคาร์บอนในเหล็กโครงสร้างอัลลอยต่ำที่ใช้ในการเชื่อมโดยทั่วไปจึงไม่เกิน 0.20% การเพิ่มปริมาณคาร์บอนยังลดความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศของเหล็ก และเหล็กคาร์บอนสูงจะเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายในที่โล่ง นอกจากนี้ คาร์บอนยังสามารถเพิ่มความเปราะในอุณหภูมิต่ำและความไวต่อการเสื่อมสภาพของเหล็กได้อีกด้วย

2. ซิลิคอน (Si): ซิลิคอนเป็นสารลดออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตเหล็ก และปริมาณซิลิคอนในเหล็กที่ผ่านกระบวนการกำจัดออกซิเจนโดยทั่วไปอยู่ที่ 0.12%-0.37% หากปริมาณซิลิคอนในเหล็กเกิน 0.50% จะเรียกว่าธาตุผสม ซิลิคอนสามารถปรับปรุงขีดจำกัดความยืดหยุ่น ความแข็งแรงคราก และความแข็งแรงดึงของเหล็กได้อย่างมาก และใช้กันอย่างแพร่หลายในเหล็กสปริง การเติมซิลิคอน 1.0-1.2% ลงในเหล็กโครงสร้างที่ผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวสามารถเพิ่มความแข็งแรงได้ 15-20% เมื่อรวมกับซิลิคอน โมลิบเดนัม ทังสเตน และโครเมียม สามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน และสามารถใช้ในการผลิตเหล็กทนความร้อนได้ เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่มีซิลิคอน 1.0-4.0% ซึ่งมีค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงมาก ถูกนำมาใช้เป็นเหล็กไฟฟ้าในอุตสาหกรรมไฟฟ้า การเพิ่มปริมาณซิลิคอนจะลดความสามารถในการเชื่อมของเหล็ก

3. แมงกานีส (Mn): แมงกานีสเป็นสารกำจัดออกซิเจนและกำมะถันที่ดี โดยทั่วไปเหล็กจะมีแมงกานีสอยู่ 0.30-0.50% เมื่อเติมแมงกานีสมากกว่า 0.70% ลงในเหล็กกล้าคาร์บอน จะเรียกว่า "เหล็กแมงกานีส" เมื่อเทียบกับเหล็กธรรมดา เหล็กแมงกานีสไม่เพียงแต่มีความเหนียวเพียงพอ แต่ยังมีกำลังและความแข็งสูงกว่า ซึ่งช่วยปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็งและการขึ้นรูปด้วยความร้อนของเหล็ก เหล็กที่มีแมงกานีส 11-14% มีความทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก และมักใช้ในบุ้งกี๋รถขุด กระบอกบดลูกบอล ฯลฯ เมื่อปริมาณแมงกานีสเพิ่มขึ้น ความทนทานต่อการกัดกร่อนของเหล็กจะลดลง และประสิทธิภาพการเชื่อมจะลดลง

4. ฟอสฟอรัส (P): โดยทั่วไปแล้ว ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่ไม่พึงประสงค์ในเหล็กกล้า ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของเหล็ก แต่ลดความยืดหยุ่นและความเหนียวของเหล็ก เพิ่มความเปราะเมื่อเย็นตัว และทำให้ประสิทธิภาพการเชื่อมและการดัดเย็นลดลง ดังนั้น โดยปกติแล้วจึงกำหนดให้ปริมาณฟอสฟอรัสในเหล็กต้องน้อยกว่า 0.045% และข้อกำหนดสำหรับเหล็กคุณภาพสูงนั้นต่ำกว่านี้

5. กำมะถัน (S): กำมะถันเป็นธาตุที่เป็นอันตรายในสภาวะปกติเช่นกัน ทำให้เหล็กเปราะเมื่อร้อน ลดความยืดหยุ่นและความเหนียวของเหล็ก และทำให้เกิดรอยแตกในระหว่างการตีขึ้นรูปและการรีด นอกจากนี้ กำมะถันยังเป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพการเชื่อมและลดความต้านทานการกัดกร่อน ดังนั้นปริมาณกำมะถันจึงมักน้อยกว่า 0.055% และเหล็กคุณภาพสูงจะมีปริมาณกำมะถันน้อยกว่า 0.040% การเติมกำมะถัน 0.08-0.20% ลงในเหล็กสามารถปรับปรุงความสามารถในการตัดเฉือนได้ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าเหล็กตัดเฉือนง่าย

6. อะลูมิเนียม (Al): อะลูมิเนียมเป็นสารลดออกซิเจนที่ใช้กันทั่วไปในเหล็ก การเติมอะลูมิเนียมในปริมาณเล็กน้อยลงในเหล็กสามารถช่วยปรับขนาดเกรนให้ละเอียดขึ้นและเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทก นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังมีคุณสมบัติต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน การผสมผสานระหว่างอะลูมิเนียมกับโครเมียมและซิลิคอนสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการลอกผิวที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงของเหล็กได้อย่างมีนัยสำคัญ ข้อเสียของอะลูมิเนียมคือส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง ประสิทธิภาพการเชื่อม และประสิทธิภาพการตัดของเหล็ก

7. ออกซิเจน (O) และไนโตรเจน (N): ออกซิเจนและไนโตรเจนเป็นธาตุที่เป็นอันตรายที่สามารถเข้าสู่เตาหลอมโลหะได้ ออกซิเจนทำให้เหล็กเปราะร้อน และผลกระทบจะรุนแรงกว่ากำมะถัน ส่วนไนโตรเจนทำให้เหล็กเปราะเย็นคล้ายกับฟอสฟอรัส ผลของไนโตรเจนในการบ่มเหล็กสามารถเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของเหล็กได้ แต่ลดความยืดหยุ่นและความเหนียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการบ่มด้วยการเสียรูป

8. ไนโอเบียม (Nb), วานาเดียม (V) และไทเทเนียม (Ti): ไนโอเบียม วานาเดียม และไทเทเนียม ล้วนเป็นธาตุที่ช่วยปรับปรุงโครงสร้างผลึกเหล็ก การเติมธาตุเหล่านี้ในปริมาณที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงโครงสร้างเหล็ก ปรับปรุงขนาดผลึก และเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กได้อย่างมาก