合金钢是钢材中除铁和碳外，还加入其他合金元素。在普通碳钢的基础上加入适量的一种或多种合金元素形成的铁碳合金。根据添加元素的不同，采用适当的加工工艺，可以获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。
添加元素的效果如下：

1、碳（C）：钢中碳含量增加，屈服点和抗拉强度增加，但塑性和冲击性能下降。当含碳量超过0.23%时，钢材的焊接性能变差，故用于焊接。低合金结构钢的含碳量一般不超过0.20%。高碳含量也将降低钢的耐大气腐蚀性能，如果放在露天的位置不容易生锈; 此外，碳会增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加入硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含硅0.15-0.30%。如果钢中的硅含量超过 0.50-0.60%，则硅被视为合金元素。硅能显着提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，因此被广泛用作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0-1.2%的硅，强度可提高15-20%。硅与钼、钨、铬等结合，具有提高耐蚀性和抗氧化性的作用，可生产耐热钢。含硅1-4%的低碳钢具有极高的磁导率，在电气工业中用作硅钢片。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是一种很好的脱氧剂和脱硫剂。一般钢材含有0.30-0.50%的锰。当在碳钢中加入0.70%以上时，就被认为是“锰钢”。与普通钢相比，它不仅具有足够的韧性，而且具有更高的强度和硬度，提高了钢的淬透性，提高了钢的热加工性。例如16Mn钢的屈服点比A3钢高40%。含11-14%锰的钢具有极高的耐磨性，用于挖掘机铲斗、球磨机衬板等。锰含量的增加削弱了钢的耐腐蚀性能，降低了焊接性能。

4、磷（P）：一般来说，磷是钢中的有害元素，会增加钢的冷脆性，使焊接性能变差，降低塑性，使冷弯性能变差。因此，一般要求钢中的磷含量小于0.045%，对钢的要求较低。

5、硫（S）：硫在正常情况下也是一种有害元素。它使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，并在锻轧过程中产生裂纹。硫还会损害焊接性能，降低耐腐蚀性。因此，一般要求硫含量小于0.055%，钢含量要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫可以提高切削加工性，通常称为易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显着提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬能提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性能，因此是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。

7、镍（Ni）：镍可以增加钢的强度，同时保持良好的塑性和韧性。镍对酸和碱具有很高的耐腐蚀性，在高温下具有防锈和耐热能力。但由于镍是一种相对稀缺的资源，应尽可能使用其他合金元素来替代镍铬钢。

8、钼（Mo）：钼可以细化钢的晶粒，提高淬透性和热强度，并在高温下保持足够的强度和抗蠕变性（高温下的长期应力和变形，说蠕变）。在结构钢中添加钼可以提高机械性能。还可抑制合金钢因淬火而产生的脆性。它可以改善工具钢的发红。

9、钛（Ti）：钛是钢中的强脱氧剂。可使钢的内部组织致密，细化晶粒强度；降低老化敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛可以避免晶间腐蚀。

10、钒（V）：钒是一种优良的钢脱氧剂。在钢中加入0.5%的钒，可以细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物可提高高温高压下的抗氢腐蚀能力。

11、钨（W）：钨熔点高，专一性高，是一种昂贵的合金元素。钨和碳形成碳化钨，具有很高的硬度和耐磨性。在工具钢中加入钨可显着提高红硬性和热强度，可用作切削工具和锻模。

12、铌（Nb）：铌能细化晶粒，降低钢的过热敏感性和回火脆性，增加强度，但降低塑性和韧性。在普通低合金钢中加入铌，可以提高耐大气腐蚀和高温下对氢、氮、氨的腐蚀能力。铌可以提高焊接性能。在奥氏体不锈钢中加入铌可以防止晶间腐蚀。

13、钴（Co）：钴是一种稀有贵金属，多用于特殊钢和合金，如热强钢和磁性材料。

14、铜（Cu）：武钢用大冶矿冶炼钢，钢中常含有铜。铜可以提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是热加工时易产生热脆性，当铜含量超过0.5%时塑性显着降低。当铜含量低于0.50%时，对焊接性没有影响。

15、铝（Al）：铝是钢中常用的脱氧剂。在钢中加入少量铝可以细化晶粒，提高冲击韧性，如用于深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和耐腐蚀性。铝与铬、硅的结合可显着提高钢的高温不结皮性能和高温耐腐蚀性能。铝的缺点是影响钢的热加工性、焊接性能和切削性能。

16、硼（B）：钢中加入少量硼，可提高钢的致密性和热轧性能，增加其强度。

17、氮（N）：氮能提高钢的强度、低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土（Xt）：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15种镧系元素。这些元素都是金属，但它们的氧化物就像“土”，所以习惯上称为稀土。在钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的成分、形状、分布和性能，从而改善钢的各种性能，如韧性、焊接性、冷加工性等。在犁铧钢中添加稀土可以提高耐磨性。
合金结构钢是以碳结构为基础，加入一种或多种小于5%的元素。在钢中加入合金元素，首先提高了钢的淬透性，保证了钢热处理后具有良好的综合力学性能，并具有较高的强度和足够的韧性。

1、根据热处理工艺的不同，大致分为：

(1)调质结构钢：许多重要零件，如轴、连杆、重要螺栓等，大都在大交变应力、冲击载荷等多种复杂应力下工作，因此要求强度较高的综合机械韧性和韧性的特性。为了满足上述要求，钢件必须经过淬火和高温回火处理（即调质处理），淬火处理获得马氏体组织，然后高温回火获得索氏体组织。调质钢的含碳量在0.3-0.5%之间。含碳量低不易硬化，回火后达不到要求的强度；高碳含量导致低韧性和使用过程中发生脆性断裂。

(2)表面淬火钢：成品零件可用某种类型的热板进行处理，以获得坚硬耐磨的表面层和柔韧适度的心。例如，为了传递扭矩，齿轮必须有足够的强度，在换挡过程中承受冲击载荷，并要求有韧性。在啮合过程中，齿轮承受强磨损，具有耐磨性。因此，齿轮应具有综合强度高和“硬而韧”的性能。

2、按热处理工艺分，主要有：

(1)用过的低碳钢的渗碳淬火：含碳量一般在0.10-0.25%之间，以保证零件芯部具有良好的韧性。在渗碳用的烧结钢中加入<2%铬、<4.5%镍、2%锰和0.001-0.004%硼，可提高钢的淬透性，改善零件芯部的组织和性能。渗碳层的强度和塑性；有时会加入少量的钛、钒等元素，以细化晶粒，防止渗碳时过热的影响。

(2)渗氮处理：复合钢中含铝的钢，如38CrMoAL，属于渗氮钢。铝可以与氮化结合形成氮化铝，增加表面硬度和耐磨性。

(3)碳钢高频感应加热表面淬火：合金结构钢按冶金质量分为优质钢和优质钢（钢号后加“A”）；用途分为压力加工（热压加工或冷压加工）和切削加工钢材；按供货状态分为非热处理、正火、退火或高温回火。