1.      کروم :
کروم عنصر اصلی در فولادهای زنگ نزن است . دلایل اصلی افزودن کروم :
 -          افزایش سختی پذیری
-          افزایش استحکام در دمای بالا
-          افزایش مقاومت به خوردگی
کروم تمایل زیادی به ترکیب با کربن دارد و لذا رسوبات کاربید کروم را تشکیل می دهد . از طرف دیگر تمایل به ترکیب با اکسیژن بیشتری دارد ، اکسید کروم تشکیل شده ، نقش فیلم سطحی محافظ را بازی می کند .کروم فریت زای بسیار قوی است . افزودن کروم به آهن ناحیه پایداری فاز گاما را محدود کرده ودر حدود 13% پایداری فاز فریت ? را تا دمای اتاق افزایش می دهد .

2.      نیکل :

نیکل عنصر آستنیت زای قوی می باشد و هیچ تأثیری بر تشکیل کاربید یا اکسید ندارد (تمایل به ترکیب با کربن و اکسیژن آن کمتر از آهن است ) . نیکل سختی پذیری ، چقرمگی شکست ، استحکام ، مقاومت به خوردگی و سختی فولاد را افزایش می دهد . برای خنثی کردن اثر فریت زایی کروم از نیکل استفاده می شود . باید توجه داشت که نیکل به هر نسبتی در آهن گاما حل می شود .  در فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی زمانیکه کرم به میزان بالا جهت بهبود خواص مقاوم به خوردگی اضافه می شود نیکل به منظور حفظ ساختار و جلوگیری از افزایش فریت به فولاد اضافه می شود که باعث افزایش میزان آستنیت شده و در نتیجه تأثیر بسزایی بر چقرمگی خواهد داشت .

3.        منگنز :

 منگنز در فولادهای زنگ نزن ، داکتیلیته در حالت گرم را بهبود می بخشید . این عنصر در دماهای پایین پایدار کننده گاما بوده ولی در دماهای بالا پایدار کننده فریت است. ترکیبی از منگنز با نیتروژن را می توان  در جهت  پایدار سازی فاز گاما جایگزین نیکل کرد . البته با افزایش درصد این عنصر حساسیت به تردی تمپر نیز در فولاد بیشتر می شود .

 4.      تیتانیم ونیوبیم :

این دو عنصر کاربیدزا بوده و با اضافه کردن آنها به فولادهای زنگ  نزن مارتنزیتی کاربیدهای پایدار تشکیل شده و از تشکیل کاربید کروم جلوگیری می شود .

5.      مولیبدن :

این عنصر در فولادهای زنگ نزن باعث افزایش مقاومت به خوردگی و حفره دار شدن می شود ، عنصری کاربیدزاست و سختی پذیری را افزایش می دهد . با توجه به اثر این عنصر بر رسوب کاربیدها سختی فولاد در دماهای برگشت بالا را افزایش می دهد و در عملیات حرارتی تردی ناشی از تمپر را کاهش داده و باعث افزایش عمق سختی می شود . به دلیل افزایش دادن استحکام فولاد قابلیت چکش کاری آن را کاهش می دهد .

6.      نیتروژن :

نیتروژن آستنیت زای بسیار قوی می باشد (حلقه گاما را در سیستم Fe-Cr گسترش می دهد) که باعث افزایش داکتیلیته و سختی پذیری می شود و در نتیجه لزوم برگشت بعد از کار گرم را حذف می کند .

7.      گوگرد و فسفر :

این عناصر قابلیت ماشین کاری را بهبود بخشیده ، اما به دلیل انحلال در فریت باعث ایجاد ترک ویا درز در قطعه می شود . در صورتی که بتوان مقدار این عناصر را کاهش داد ، احتمال ترک خوردن را می توان از بین برد . 

8.      سیلیسیم :

این عنصر در فولادهای زنگ نزن در مقادیر کم سختی پذیری به میزان متوسطی افزایش می دهد و باعث مقاومت در برابر اکسیداسیون و پایداری فریت می شود . در مقادیر بالا نه تنها باعث مقاومت در برابر اکسیداسیون می شود بلکه از کربوره شدن فولاد در دمای بالا نیز جلوگیری می کند . با افزودن درصد این عنصر حساسیت به تردی تمپر نیز در فولاد بیشتر می شود .

اثر سیلیسیم بر روی قابلیت فورج پذیری فولاد 410 به گونه ای است که  افزایش سیلیسیم سبب کاهش قابلیت فورج پذیری می گردد. با این وجود سیلیسیم سبب  تشدید ایجاد فاز  ? می شود  ولی اثر آن به مراتب کمتر از عناصری نظیر کربن و کرم می باشد (این اثر در منابع به صورت تفاوت محدوده آهنگری  در فولادهای 410 و 403 که تنها در درصد سیلیسیم متفاوت  می باشند،گزارش شده است) .

9.   کربن :

استعمال کربن در فولاد وسیع بوده و از این طریق می توان به آلیاژهای متنوعی دست یافت.تغییرات 0.1 درصدی کربن فولاد تاثیرات شگرفی روی خواص فولاد دارد.این عنصر را ارزان کثیف Dirty cheap می نامند و در صد آن در فولاد را باید کنترل کرد.

وزن اتمی کربن 12 با نقطه ذوب 3300 C است.آلوتروپی های آن عبارتست از کربن آمورف ، گرافیت و الماس. با افزودن کربن به آهن مذاب ،محلول مایع تشکیل می دهد . رفتار کربن در آهن بصورت محلول جامد بسیار پیچیده است.کربن آستنیت زا ست و منطقه پایداری آستنیت را گسترش می دهد. مقدار قابل ملاحظه ای از کربن بصورت بین نشین در آستنیت حل می شود. در حالی که انحلال آن در فریت بسیار ناچیز است. بنحوی که در دمای 727 C برابر 0.0218 % و در دمای اتاق به 0.008 % کاهش می یابد. میزان کربن اضافی بصورت کاربید آهن و کاربید با عناصر آلیاژی دیگر در می آید.

افزایش میزان کربن ،سختی پذیری فولاد و نیز سختی ان را افزایش می دهد. هم چنین ، هر چقدر سمنتیت در زمینه فریتی بیشتر باشد، سختی نیز زیادتر خواهد بود. در چدنها، کربن بصورت گرافیت در ریزساختار بوده که در سختی پذیری تاثیری ندارد.

در ریزساختار فولاد، کربن و آهن تشکیل کاربیدآهن یا همان سمنتیت می دهند. این کاربید را نمی توان در حضور عناصر آلیاژی دیگر یک کاربید ساده تلقی کرد بلکه کاربید کمپلکسی از آنهاست.سمنتیت و کاربیدهای دیگری که در ریز ساختار وجود دارند بر عوامل زیر تاثیر می گذارند:

·         دما و زمان لازم برای انحلال در هنگام حرارت دادن فولاد

·          دمای برگشت برای دستیابی به میزان سختی لازم

·          وجود سختی ثانویه در حین برگشت ، تنش گیری و کار در دمای بالا

·          چقرمگی فولاد که تحت تاثیر پراکندگی ذرات کاربیدی در ریزساختار است.

افزایش کربن علیرغم ازدیاد سختی و استحکام ،شکل پذیری ،داکتیلیتی و چقرمگی ،جوشکاری و ماشینکاری را کاهش می دهد. معمولا مقدار کربن تاثیری بر مقاومت خوردگی فولاد در آب ،اسیدها و گازهای داغ ندارد.

کربن نقطه انجماد آهن را کاهش می دهد. قابلیت انحلال کربن در آهن با افزایش دما افزایش می یابد.بسیاری از فولادهای نورد یا فورج شده در منطقه پایداری آستنیت کار گرم می شوند که به علت یکنواختی ترکیب و اندازه دانه است.ولی بسیاری از فولادهای پرکربن با مقدار 0.9 % را همیشه عملیات حرارتی نمی کنند چرا که حضور کاربیدهای حل نشده چندان مطلوب نیست.در هنگام سرد شدن ،آستنیت به فریت و سمنتیت دگرگون می شود.

ذرات سمنتیت د ر حین سرد شدن از آستنیت رسوب می کنند. هر چقدر سمنیت بصورت ریز پراکنده باشد، سختی فریت و سمنتیت بیشتر خواهد شد.در فولادهای کربنی ،افزایش کربن تا 0.84 % و تشکیل پرلیت باعث افزایش سریع استحکام تسلیم و کشش خواهد شد ولی همراه با کاهش داکتیلیتی و چکش خواری است.

 با افزایش دما قابلیت انحلال کربن در آهن افزایش یافته و در دمای تشکیل آستنیت سریعا افزایش می یابد.معمولا فولادهای پرکربن در منطقه 0.9 % کربن را همیشه عملیات حرارتی نمی کنند چرا که انحلال کامل کاربید ها همیشه مطلوب نیست.شرایط آستنیتی با یکنواختی در ترکیب و اندازه دانه مشخص می شود.در سرد کردن، آستنیت به فریت و سمنتیت دگرگون می شود و با کنترل و تنظیم دقیق شرایط سرد کردن می توان ریزساختار را کنترل کرد.در واقع عملیات حرارتی وسیله ایست که می توان با آن توزیع ذرات سخت سمنتیت در فاز نرم فریت را کنترل کرد.