Dodatki stopowe to pierwiastki wprowadzane do stali celowo w ilościach przekraczających stężenie minimalne. Stężenie minimalne to takie stężenie, przy którym nie stwierdza się wpływu pierwiastka na strukturę i własności stali (stężenia minimalne określają odpowiednie normy).

Dodatki stopowe mają wpływ na:
– strukturę stali,
– własności chemiczne lub fizyczne stali,
– własności wytrzymałościowe i plastyczne stali,
– technologię oraz efekty obróbki cieplnej.

Składnik stali decydujący głównie o własnościach mechanicznych stali. Im większa zawartość węgla, tym wyższa wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardość, natomiast niższa udarność, wydłużenie i przewężenie. Wzrost zawartości węgla w stali pogarsza jej spawalność.

Jest dodatkiem najczęściej stosowanym w stalach stopowych. Intensywnie zwiększa hartowność stali. W stalach stopowych o zawartościach powyżej 12% chrom zapewnia własności antykorozyjne (nierdzewność, żaroodporność, odporność na działanie kwasów i innych substancji chemicznie aktywnych). W stalach energetycznych, czyli przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach chrom zwiększa wytrzymałość i twardość tych stali.

Jest stosowany w procesie produkcji stali jako odtleniacz. W grupie stali węglowych w zależności od zawartości krzemu rozróżnia się a) stale nieuspokojone (0,03% Si), b) stale półuspokojone (ok. 0,17% Si) oraz c) stale uspokojone (0,17-0,40 % Si) charakteryzujące się jednorodną strukturą. Zawartość krzemu podwyższa wytrzymałość i twardość stali w stanie wyżarzonym. W połączeniu z chromem i molibdenem, krzem zwiększa żaroodporność i żarowytrzymałość stali. Stale zawierające krzem wykorzystuje się także jako materiały konstrukcyjne o specjalnych własnościach magnetycznych i elektrycznych.

Jest to dodatek tani i łatwo dostępny. Zwiększa twardość i wytrzymałość stali, a obniża jej własności plastyczne. Stale manganowe charakteryzuje podwyższona granica sprężystości i zwiększona odporność na ścieranie.

Spośród wszystkich dodatków stopowych nikiel najkorzystniej wpływa na jednoczesne podwyższenie wytrzymałości i twardości stali przy zachowaniu wysokiej udarności. Nikiel wyraźnie obniża temperaturę progu kruchości stali. Stale o zawartości 3-9% niklu są stosowane do pracy w bardzo niskich temperaturach (stale kriogeniczne).

Dodana w ilości do 0,55% stosowana jest w grupie stali trudnordzewiejących, które charakteryzują się dobrą odpornością na korozję atmosferyczną. Dodatek miedzi 2-3% do stali chromowo-niklowych zwiększa ich odporność na działanie agresywnych kwasów (takich jak np. kwas solny lub kwas siarkowy).

Jest powszechnie stosowany w stalach konstrukcyjnych, narzędziowych i wysokostopowych o specjalnym przeznaczeniu. Dodatek molibdenu intensywnie zwiększa hartowność stali (znacznie silniej niż chrom i wolfram). Stale zawierające molibden są znacznie bardziej odporne na korozję wżerową w środowiskach zawierających chlorki (np. w wodach kopalnianych, przemysłowych, czy w wodzie morskiej).

Dodatek tego pierwiastka w stali zwiększa jej odporność na przegrzanie i przyczynia się do zachowania drobnoziarnistej struktury stali.

Dodatek tytanu wprowadzony do stali odpornych na korozję stabilizuje węgiel zapobiegając tym samym zjawisku korozji międzykrystalicznej.

W stalach odpornych na korozję działa podobnie jak tytan.

Jako jedyny spośród dodatków stopowych zwiększa krytyczną szybkość chłodzenia, zmniejszając tym samym hartowność stali. Kobalt jest stosowany jako dodatek w wysokostopowych stalach narzędziowych. W stalach szybkotnących (w ilościach 5 i 10%) kobalt podwyższa temperaturę topnienia i zapobiega przegrzewaniu się stali podczas hartowania.

Zwiększa hartowność stali lecz w mniejszym stopniu niż molibden, chrom czy nikiel. Stal z dodatkiem wolframu (od kilku do kilkunastu procent) staje się bardzo odporna na odpuszczanie i zachowuje własności mechaniczne uzyskane w wyniku hartowania do temperatury ok. 600°C. Zawartość bardzo twardych i trwałych węglików wolframu daje stali dużą odporność na ścieranie i zużycie. Narzędzia wykonane z takiej stali mają wysoką zdolność skrawania, a ich ostrza odporne są na ścieranie.

Dodatek aluminium w ilościach 0,02-0,2% działa silnie odtleniająco i odazotowująco. Azot w stalach niestopowych wywołuje zjawisko tzw. starzenia stali. Zastosowanie dodatku aluminium w ilości, która skutecznie wiąże azot, zapobiega temu niekorzystnemu zjawisku.

Niewielki dodatek boru znacznie zwiększa odporność stali na ścieranie. Przy zawartościach 0,003% bardzo silnie wpływa na zwiększenie hartowności stali.

Jest szczególnie szkodliwym zanieczyszczeniem. Występuje w stali w postaci siarczków. Siarczki żelaza powodują kruchość stali przy przeróbce plastycznej na gorąco. Siarka jest szczególnie niepożądana w stalach przeznaczonych na konstrukcje spawane, ponieważ mocno zwiększa skłonność złącza spawanego do tworzenia pęknięć gorących w obszarze spoiny lub w obszarze strefy wpływu ciepła.

Zawartość fosforu w stali znacząco obniża jej własności plastyczne. Powoduje kruchość przy przeróbce plastycznej na zimno. Fosfor może powodować zróżnicowanie struktury i własności stali.

Oddziałuje niekorzystnie na własności mechaniczne stali. Łatwo rozpuszcza się w strukturze stali, tworząc pęcherzyki w postaci tzw. płatków śnieżnych, które stanowią wadę stali (choroba wodorowa stali).

Rozpuszczony w stali tworzy azotki, które obniżają jej własności plastyczne. Jest to zjawisko tzw. starzenia stali. Obecność nie związanego azotu w niestopowych stalach niskowęglowych stwarza duże niebezpieczeństwo tworzenia pęknięć zarówno podczas spawania stali, jak i w czasie eksploatacji konstrukcji spawanej.