合金鋼是鋼材中除鐵和碳外，還加入其他合金元素。在普通碳鋼的基礎上加入適量的一種或多種合金元素形成的鐵碳合金。根據添加元素的不同，采用適當的加工工藝，可以獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。
添加元素的效果如下：

1、碳（C）：鋼中碳含量增加，屈服點和抗拉強度增加，但塑性和沖擊性能下降。當含碳量超過0.23%時，鋼材的焊接性能變差，故用于焊接。低合金結構鋼的含碳量一般不超過0.20%。高碳含量也將降低鋼的耐大氣腐蝕性能，如果放在露天的位置不容易生銹; 此外，碳會增加鋼的冷脆性和時效敏感性。

2、硅（Si）：在煉鋼過程中加入硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含硅0.15-0.30%。如果鋼中的硅含量超過 0.50-0.60%，則硅被視為合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限、屈服點和抗拉強度，因此被廣泛用作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0-1.2%的硅，強度可提高15-20%。硅與鉬、鎢、鉻等結合，具有提高耐蝕性和抗氧化性的作用，可生產耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼具有極高的磁導率，在電氣工業中用作硅鋼片。

3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是一種很好的脫氧劑和脫硫劑。一般鋼材含有0.30-0.50%的錳。當在碳鋼中加入0.70%以上時，就被認為是“錳鋼”。與普通鋼相比，它不僅具有足夠的韌性，而且具有更高的強度和硬度，提高了鋼的淬透性，提高了鋼的熱加工性。例如16Mn鋼的屈服點比A3鋼高40%。含11-14%錳的鋼具有極高的耐磨性，用于挖掘機鏟斗、球磨機襯板等。錳含量的增加削弱了鋼的耐腐蝕性能，降低了焊接性能。

4、磷（P）：一般來說，磷是鋼中的有害元素，會增加鋼的冷脆性，使焊接性能變差，降低塑性，使冷彎性能變差。因此，一般要求鋼中的磷含量小于0.045%，對鋼的要求較低。

5、硫（S）：硫在正常情況下也是一種有害元素。它使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，并在鍛軋過程中產生裂紋。硫還會損害焊接性能，降低耐腐蝕性。因此，一般要求硫含量小于0.055%，鋼含量要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫可以提高切削加工性，通常稱為易切削鋼。

6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻能提高鋼的抗氧化性和抗腐蝕性能，因此是不銹鋼和耐熱鋼的重要合金元素。

7、鎳（Ni）：鎳可以增加鋼的強度，同時保持良好的塑性和韌性。鎳對酸和堿具有很高的耐腐蝕性，在高溫下具有防銹和耐熱能力。但由于鎳是一種相對稀缺的資源，應盡可能使用其他合金元素來替代鎳鉻鋼。

8、鉬（Mo）：鉬可以細化鋼的晶粒，提高淬透性和熱強度，并在高溫下保持足夠的強度和抗蠕變性（高溫下的長期應力和變形，說蠕變）。在結構鋼中添加鉬可以提高機械性能。還可抑制合金鋼因淬火而產生的脆性。它可以改善工具鋼的發紅。

9、鈦（Ti）：鈦是鋼中的強脫氧劑。可使鋼的內部組織致密，細化晶粒強度；降低老化敏感性和冷脆性。提高焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦可以避免晶間腐蝕。

10、釩（V）：釩是一種優良的鋼脫氧劑。在鋼中加入0.5%的釩，可以細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物可提高高溫高壓下的抗氫腐蝕能力。

11、鎢（W）：鎢熔點高，專一性高，是一種昂貴的合金元素。鎢和碳形成碳化鎢，具有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼中加入鎢可顯著提高紅硬性和熱強度，可用作切削工具和鍛模。

12、鈮（Nb）：鈮能細化晶粒，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性，增加強度，但降低塑性和韌性。在普通低合金鋼中加入鈮，可以提高耐大氣腐蝕和高溫下對氫、氮、氨的腐蝕能力。鈮可以提高焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加入鈮可以防止晶間腐蝕。

13、鈷（Co）：鈷是一種稀有貴金屬，多用于特殊鋼和合金，如熱強鋼和磁性材料。

14、銅（Cu）：武鋼用大冶礦冶煉鋼，鋼中常含有銅。銅可以提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是熱加工時易產生熱脆性，當銅含量超過0.5%時塑性顯著降低。當銅含量低于0.50%時，對焊接性沒有影響。

15、鋁（Al）：鋁是鋼中常用的脫氧劑。在鋼中加入少量鋁可以細化晶粒，提高沖擊韌性，如用于深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和耐腐蝕性。鋁與鉻、硅的結合可顯著提高鋼的高溫不結皮性能和高溫耐腐蝕性能。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性、焊接性能和切削性能。

16、硼（B）：鋼中加入少量硼，可提高鋼的致密性和熱軋性能，增加其強度。

17、氮（N）：氮能提高鋼的強度、低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。

18、稀土（Xt）：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15種鑭系元素。這些元素都是金屬，但它們的氧化物就像“土”，所以習慣上稱為稀土。在鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的成分、形狀、分布和性能，從而改善鋼的各種性能，如韌性、焊接性、冷加工性等。在犁鏵鋼中添加稀土可以提高耐磨性。
合金結構鋼是以碳結構為基礎，加入一種或多種小于5%的元素。在鋼中加入合金元素，首先提高了鋼的淬透性，保證了鋼熱處理后具有良好的綜合力學性能，并具有較高的強度和足夠的韌性。

1、根據熱處理工藝的不同，大致分為：

(1)調質結構鋼：許多重要零件，如軸、連桿、重要螺栓等，大都在大交變應力、沖擊載荷等多種復雜應力下工作，因此要求強度較高的綜合機械韌性和韌性的特性。為了滿足上述要求，鋼件必須經過淬火和高溫回火處理（即調質處理），淬火處理獲得馬氏體組織，然后高溫回火獲得索氏體組織。調質鋼的含碳量在0.3-0.5%之間。含碳量低不易硬化，回火后達不到要求的強度；高碳含量導致低韌性和使用過程中發生脆性斷裂。

(2)表面淬火鋼：成品零件可用某種類型的熱板進行處理，以獲得堅硬耐磨的表面層和柔韌適度的心。例如，為了傳遞扭矩，齒輪必須有足夠的強度，在換擋過程中承受沖擊載荷，并要求有韌性。在嚙合過程中，齒輪承受強磨損，具有耐磨性。因此，齒輪應具有綜合強度高和“硬而韌”的性能。

2、按熱處理工藝分，主要有：

(1)用過的低碳鋼的滲碳淬火：含碳量一般在0.10-0.25%之間，以保證零件芯部具有良好的韌性。在滲碳用的燒結鋼中加入<2%鉻、<4.5%鎳、2%錳和0.001-0.004%硼，可提高鋼的淬透性，改善零件芯部的組織和性能。滲碳層的強度和塑性；有時會加入少量的鈦、釩等元素，以細化晶粒，防止滲碳時過熱的影響。

(2)滲氮處理：復合鋼中含鋁的鋼，如38CrMoAL，屬于滲氮鋼。鋁可以與氮化結合形成氮化鋁，增加表面硬度和耐磨性。

(3)碳鋼高頻感應加熱表面淬火：合金結構鋼按冶金質量分為優質鋼和優質鋼（鋼號后加“A”）；用途分為壓力加工（熱壓加工或冷壓加工）和切削加工鋼材；按供貨狀態分為非熱處理、正火、退火或高溫回火。