Thép được hình thành từ nhiều nguyên tố hóa học để làm nên độ cứng và độ bền của sản phẩm. Thép là hợp kim của các nguyên tố sau:
Carbon
Là nguyên tố làm cứng chính trong thép. Độ cứng và độ bền tăng tỷ lệ thuận khi hàm lượng Carbon tăng lên khoảng 0,85%. Carbon có ảnh hưởng tiêu cực đến độ dẻo, tính hàn và độ dai. Khoảng cacbon trong Thép ULC thường là 0,002 - 0,007%. Mức cacbon tối thiểu trong thép cacbon trơn và HSLA là 0,02%. Các loại thép cacbon thường lên đến 0,95%, thép HSLA lên đến 0,13%.
Mangan
Mangan có trong tất cả các loại thép thương mại như một chất bổ sung và góp phần đáng kể vào độ bền và độ cứng của thép theo cách tương tự nhưng ở mức độ thấp hơn so với cacbon. Mangan cải thiện độ bền khi va chạm nhiệt độ lạnh. Tăng hàm lượng Mangan làm giảm độ dẻo và tính hàn. Hàm lượng Mangan điển hình là 0,20 - 2,00%.
Phốt pho
Phốt pho thường là chất dư nhưng nó có thể là chất bổ sung. Ngoài ra, nó làm tăng độ cứng và độ bền kéo. Nó bất lợi cho độ dẻo, tính hàn và độ dai. Phốt pho cũng được sử dụng trong thép cường độ cao tái phốt pho cho các tấm thân ô tô. Lượng dư thông thường nhỏ hơn 0,020%.
Lưu huỳnh
Lưu huỳnh có trong nguyên liệu thô được sử dụng trong quá trình luyện gang. Quá trình sản xuất thép được thiết kế để loại bỏ nó vì nó hầu như luôn luôn là một tạp chất bất lợi. Một lượng điển hình trong thép thương mại là 0,012% và 0,005% trong HSLA có thể định hình.
Silicon
Có thể là phần bổ sung hoặc phần dư. Ngoài ra, nó có tác dụng tăng sức mạnh nhưng ở mức độ thấp hơn Mangan. Mức bổ sung tối thiểu điển hình là 0,10%. Đối với các ứng dụng sau mạ kẽm, lượng dư tối đa mong muốn là 0,04%.
Đồng, Niken, Crom (Chrome), Molypden (Moly) và Thiếc
Đây là những chất còn lại thường thấy nhất trong thép. Lượng chúng có mặt được kiểm soát bởi quản lý phế liệu trong quá trình luyện thép. Thông thường, lượng dư tối đa được chỉ định tương ứng là 0,20%, 0,20%, 0,15% và 0,06% đối với Đồng Niken, Crom và Molypden nhưng giới hạn chấp nhận được chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm. Đồng, Niken, Crom và Molypden, khi chúng là chất bổ sung, có tác dụng tăng cường rất cụ thể đối với thép. Lượng dư tối đa của Thiếc thường không được quy định nhưng hàm lượng của nó trong thép thường được giữ ở mức 0,03% hoặc ít hơn do các đặc tính bất lợi của nó.
Vanadi, Columbium và Titanium
Là các nguyên tố tăng cường được thêm vào thép đơn lẻ hoặc kết hợp. Với số lượng rất nhỏ, chúng có thể có tác dụng rất đáng kể do đó chúng được gọi là hợp kim vi mô. Số tiền điển hình là 0,01 đến 0,10%. Trong thép cacbon cực thấp, Titan và Columbi được thêm vào làm chất “ổn định” (nghĩa là chúng kết hợp với cacbon và nitơ còn lại trong thép lỏng sau khi khử khí chân không). Kết quả cuối cùng là chất lượng bề mặt và hình dạng vượt trội.
Nhôm
Được sử dụng chủ yếu như một chất khử oxy trong sản xuất thép, kết hợp với oxy trong thép để tạo thành các oxit nhôm có thể trôi ra ngoài trong xỉ. Thông thường, 0,01% được coi là mức tối thiểu cần thiết cho “Thép đã khử nhôm”. Nhôm hoạt động như một chất tinh chế ngũ cốc trong quá trình cán nóng bằng cách kết hợp với Nitơ để tạo ra kết tủa nhôm-nitrua. Trong quá trình xử lý hạ nguồn, các kết tủa nhôm-nitride có thể được kiểm soát để ảnh hưởng đến các đặc tính của cuộn dây.
Nitơ
Có thể xâm nhập vào thép dưới dạng tạp chất hoặc như một chất bổ sung có chủ ý. Thông thường, mức dư là dưới 0,0100 (100 ppm).
Boron
Thường được thêm vào thép để tăng độ cứng của nó nhưng trong thép cacbon thấp, nó có thể được thêm vào để liên kết với Nitơ và giúp giảm độ giãn dài điểm năng suất do đó giảm thiểu đứt cuộn dây. Đồng thời, khi được xử lý phù hợp, sản phẩm sẽ có khả năng tạo hình tuyệt vời. Vì mục đích này, nó được thêm vào với số lượng lên đến khoảng 0,009%. Là một phần dư trong thép, nó thường nhỏ hơn 0,0005%.
Canxi
Được thêm vào thép để kiểm soát hình dạng sunfua nhằm nâng cao khả năng định hình (nó kết hợp với Lưu huỳnh để tạo thành các thể vùi tròn). Nó thường được sử dụng trong thép HSLA đặc biệt là ở các cấp độ bền cao hơn. Một bổ sung điển hình là 0,003%.
Pencil