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(chǔ)上加入適量的一種或多種合金元素形成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，采用適當(dāng)?shù)募庸すに嚕梢垣@得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無(wú)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(diǎn)和抗拉強(qiáng)度增加，但塑性和沖擊性能下降。當(dāng)含碳量超過(guò)0.23%時(shí)，鋼材的焊接性能變差，故用于焊接。低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量一般不超過(guò)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(huì)增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。

2、硅（Si）：在煉鋼過(guò)程中加入硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含硅0.15-0.30%。如果鋼中的硅含量超過(guò) 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(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，因此被廣泛用作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15-20%。硅與鉬、鎢、鉻等結(jié)合，具有提高耐蝕性和抗氧化性的作用，可生產(chǎn)耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼具有極高的磁導(dǎo)率，在電氣工業(yè)中用作硅鋼片。

3、錳（Mn）：在煉鋼過(guò)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(dāng)在碳鋼中加入0.70%以上時(shí)，就被認(rèn)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(qiáng)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(diǎn)比A3鋼高40%。含11-14%錳的鋼具有極高的耐磨性，用于挖掘機(jī)鏟斗、球磨機(jī)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(lái)說(shuō)，磷是鋼中的有害元素，會(huì)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(duì)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(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，并在鍛軋過(guò)程中產(chǎn)生裂紋。硫還會(huì)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(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)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(qiáng)度，同時(shí)保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)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(duì)稀缺的資源，應(yīng)盡可能使用其他合金元素來(lái)替代鎳鉻鋼。

8、鉬（Mo）：鉬可以細(xì)化鋼的晶粒，提高淬透性和熱強(qiáng)度，并在高溫下保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變性（高溫下的長(zhǎng)期應(yīng)力和變形，說(shuō)蠕變）。在結(jié)構(gòu)鋼中添加鉬可以提高機(jī)械性能。還可抑制合金鋼因淬火而產(chǎn)生的脆性。它可以改善工具鋼的發(fā)紅。

9、鈦（Ti）：鈦是鋼中的強(qiáng)脫氧劑?？墒逛摰膬?nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒強(qiáng)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(dāng)?shù)拟伩梢员苊饩чg腐蝕。

10、釩（V）：釩是一種優(yōu)良的鋼脫氧劑。在鋼中加入0.5%的釩，可以細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度，可用作切削工具和鍛模。

12、鈮（Nb）：鈮能細(xì)化晶粒，降低鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性，增加強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是熱加工時(shí)易產(chǎn)生熱脆性，當(dāng)銅含量超過(guò)0.5%時(shí)塑性顯著降低。當(dāng)銅含量低于0.50%時(shí)，對(duì)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(xì)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(jié)合可顯著提高鋼的高溫不結(jié)皮性能和高溫耐腐蝕性能。鋁的缺點(diǎn)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(qiáng)度。

17、氮（N）：氮能提高鋼的強(qiáng)度、低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。

18、稀土（Xt）：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)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(xí)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(jié)構(gòu)鋼是以碳結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，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(xué)性能，并具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。

1、根據(jù)熱處理工藝的不同，大致分為：

(1)調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼：許多重要零件，如軸、連桿、重要螺栓等，大都在大交變應(yīng)力、沖擊載荷等多種復(fù)雜應(yīng)力下工作，因此要求強(qiáng)度較高的綜合機(jī)械韌性和韌性的特性。為了滿足上述要求，鋼件必須經(jīng)過(guò)淬火和高溫回火處理（即調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)鋼的含碳量在0.3-0.5%之間。含碳量低不易硬化，回火后達(dá)不到要求的強(qiáng)度；高碳含量導(dǎo)致低韌性和使用過(guò)程中發(fā)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(jìn)行處理，以獲得堅(jiān)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(qiáng)度，在換擋過(guò)程中承受沖擊載荷，并要求有韌性。在嚙合過(guò)程中，齒輪承受強(qiáng)磨損，具有耐磨性。因此，齒輪應(yīng)具有綜合強(qiáng)度高和“硬而韌”的性能。

2、按熱處理工藝分，主要有：

(1)用過(guò)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(jié)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(qiáng)度和塑性；有時(shí)會(huì)加入少量的鈦、釩等元素，以細(xì)化晶粒，防止?jié)B碳時(shí)過(guò)熱的影響。

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

(3)碳鋼高頻感應(yīng)加熱表面淬火：合金結(jié)構(gòu)鋼按冶金質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)鋼和優(yōu)質(zhì)鋼（鋼號(hào)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(tài)分為非熱處理、正火、退火或高溫回火。