名詞定義
中文名稱：合金鋼英文名稱：alloy steel。定義：為得到或改進鋼的某些性能而在鋼中加入一種或多種合金元素規定含量界限值(GB/T13304)的金屬材料。應用學科：材料科學技術（一級學科）；金屬材料（二級學科）；鋼鐵材料（二級學科）；鋼鐵材料品種（二級學科）。合金鋼alloy steel鋼裡除鐵、碳外，加入其他的元素，就叫合金鋼。在普通碳素鋼基礎上添加适量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。根據添加元素的不同，并采取适當的加工工藝，可獲得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。
産生發展
合金鋼已有一百多年的曆史了。工業上較多地使用合金鋼材大約是在19世紀後半期。當時由于鋼的生産量和使用量不斷增大，機械制造業需要解決鋼的加工切削問題，1868年英國人馬希特(R.F.Mushet)發明了成分為2.5％Mn-7％W的自硬鋼，将切削速度提高到5米／分。随着商業和運輸的發展,1870年在美國用鉻鋼(1.5～2.0％Cr)在密西西比河上建造了跨度為158.5米的大橋；由于加工構件時發生困難,稍後,一些工業國家改用鎳鋼(3.5％Ni)建造大跨度的橋梁。與此同時,一些國家還将鎳鋼用于修造軍艦。随着工程技術的發展，要求加快機械的轉動速度，1901年在西歐出現了高碳鉻滾動軸承鋼。1910年又發展出了18W-4Cr-1V型的高速工具鋼，進一步把切削速度提高到30米／分。可見合金鋼的問世和發展，是适應了社會生産力發展的要求，特别是和機械制造、交通運輸和軍事工業的需要分不開的。
20世紀20年代以後，由于電弧爐煉鋼法被推廣使用，為合金鋼的大量生産創造了有利條件。化學工業和動力工業的發展，又促進了合金鋼品種的擴大，于是不鏽鋼和耐熱鋼在這段期間問世了。1920年德國人毛雷爾(E.Maurer)發明了18-8型不鏽耐酸鋼，1929年在美國出現了Fe-Cr-Al電阻絲，到1939年德國在動力工業開始使用奧氏體耐熱鋼。第二次世界大戰以後至60年代，主要是發展高強度鋼和超高強度鋼的時代，由于航空工業和火箭技術發展的需要，出現了許多高強度鋼和超高強度鋼新鋼種，如沉澱硬化型高強度不鏽鋼和各種低合金高強度鋼等是其代表性的鋼種。60年代以後，許多冶金新技術，特别是爐外精煉技術被普遍采用，合金鋼開始向高純度、高精度和超低碳的方向發展，又出現了馬氏體時效鋼、超純鐵素體不鏽鋼等新鋼種。目前國際上使用的有上千個合金鋼鋼号，數萬個規格，合金鋼的産量約占鋼總産量的10％，是國民經濟建設和國防建設大量使用的重要金屬材料。
山西雙環重型機械有限公司是專業生産碳鋼、合金鋼、不鏽鋼等材質的大型環件、鍛件、風力發電機組的基礎環法蘭和塔筒連接法蘭等，并自主研發重型鍛造機械設備的大型企業。
合金元素
合金鋼的主要合金元素有矽、錳、鉻、鎳、钼、鎢、釩、钛、铌、锆、钴、鋁、銅、硼、稀土等。其中釩、钛、铌、锆等在鋼中是強碳化物形成元素，隻要有足夠的碳，在适當條件下，就能形成各自的碳化物，當缺碳或在高溫條件下，則以原子狀态進入固溶體中；錳、鉻、鎢、钼為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀态進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、钴、矽等是不形成碳化物元素，一般以原子狀态存在于固溶體中。
合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量＜5％），中合金鋼（含量5％～10％），高合金鋼（含量＞10％）；按質量分為優質合金鋼、特質合金鋼；按特性和用途又分為合金結構鋼、不鏽鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼）等。
在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的矽、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有矽、錳、钼、鎳、硌、礬、钛、铌、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼各的合金鋼系統，随各自的資源情況、生産和使用條件不同而不同，國外以往曾發展鎳、硌鋼系統，我國則發現以矽、錳、釩、钛、铌、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統合金鋼在鋼的總産量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不鏽鋼、耐熱不起皮鋼，
主要分類
合金鋼的種類繁多，為了便于生産、使用和科學研究，需要進行分類。
（1）按用途分類,大體上可分為：建築結構用鋼，機械結構用鋼（除了合金結構鋼）外，還包括合金彈簧鋼和軸承鋼等），工具鋼（包括工模具鋼和高速工具鋼）以及特殊性能鋼（不鏽耐酸鋼、耐熱不起皮鋼、無磁鋼等）。
（2）按合金元素的總含量可分成：低合金鋼（5％以下）、中合金鋼(5～10％)和高合金鋼（超過10％）。
（3）按所含主要元素分類，有鉻鋼、鎳鋼、钼鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳钼鋼等。
（4）按合金鋼的金相組織又可分成：鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼，以及亞共析鋼和過共析鋼等。
一般分類
合金鋼種類很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量<5%），中合金鋼（含量5%～10%），高合金鋼（含量>10%）；按質量分為優質合金鋼、特質合金鋼；按特性和用途又分為合金結構鋼、不鏽鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼）等。
在鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的矽、錳、磷、硫元素以外，還含有一定量的合金元素，鋼中的合金元素有矽、錳、钼、鎳、硌、礬、钛、铌、硼、鉛、稀土等其中的一種或幾種，這種鋼叫合金鋼。各國的合金鋼系統，随各自的資源情況、生産和使用條件不同而不同，國外以往曾發展鎳、硌鋼系統，我國則發現以矽、錳、釩、钛、铌、硼、鉛、稀土為主的合金鋼系統合金鋼在鋼的總産量中約占百分之十幾，一般是在電爐中冶煉的按用途可以把合金鋼分為8大類，它們是：合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、不鏽鋼、耐熱不起皮鋼，電工用矽鋼。
調質鋼：1．中碳型合金鋼，合金元素含量較低；2．強度較高；3．用于高溫螺栓、螺母材料等。
彈簧鋼：1、含碳量比調質鋼高；2經調質處理，強度較高抗疲勞強度較高；3用于彈簧材料。
滾動軸承鋼：1高碳型合金鋼，合金含量較高；2具有高而均勻的硬度和耐磨性；3用于滾動軸承。
合金工具鋼量具鋼：1高碳型合金鋼，合金元素含量較低；2具有高的硬度和耐磨性，機加工性能好，穩定性好；3用于量具材料。
特殊性能鋼不鏽鋼：1低碳高合金鋼；2抗腐蝕性好；3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。
耐熱鋼：1低碳高合金鋼；2耐熱性能好；3用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。
低溫鋼：1低碳合金鋼，根據耐低溫程度合金元素有高有低；2抗低溫性好；3用于低溫材料（專用鋼為鎳鋼）。
根據碳化物的傾向分類
合金鋼根據各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：
①強碳化物形成元素，如釩、钛、铌、锆等。①強碳化物形成元素，如釩、钛、铌、锆等。
這類元素隻要有足夠的碳，在适當的條件下，就形成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下,才以原子狀态進入固溶體中。
②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、钼等。這類元素一部分以原子狀态進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等,如果含量超過一定限度（除錳以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。
③不形成碳化物元素，如矽、鋁、銅、鎳、钴等。這類元素一般以原子狀态存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、矽、钛、锆等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩定的氧化物和氮化物，一般以夾雜物的形态存在于鋼中。錳、锆等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數量的鎳、钛、鋁、钼等元素時能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。
根據相變點分類
鋼的性能取決于鋼的相組成，相的成分和結構，各種相在鋼中所占的體積組分和彼此相對的分布狀态。合金元素是通過影響上述因素而起作用的。對鋼的相變點的影響主要是改變鋼中相變點的位置，大緻可以歸納為以下三個方面：
①改變相變點溫度。一般來說，擴大γ相(奧氏體)區的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等,使A3點溫度降低,A4點溫度升高;相反,縮小γ相區的元素，如锆、硼、矽、磷、钛、釩、钼、鎢、铌等,則使A3點溫度升高，A4點溫度降低。惟有钴使A3和A4點溫度均升高。鉻的作用比較特殊,含鉻量小于7％時使A3點溫度降低,大于7％時則使A3點溫度提高。
②改變共析點S的位置。縮小γ相區的元素，均使共析點S溫度升高；擴大γ相區的元素,則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點S的含碳量，使S點向左移。不過碳化物形成元素如釩、钛、铌等（也包括鎢、钼），在含量高至一定限度以後,則使S點向右移。
③改變γ相區的形狀、大小和位置。這種影響較為複雜，一般在合金元素含量較高時，能使之發生顯著改變。例如鎳或錳含量高時，可使γ相區擴展至室溫以下，使鋼成為單相的奧氏體組織；而矽或鉻含量高時，則可使γ相區縮得很小甚至完全消失，使鋼在任何溫度下都是鐵素體組織。
結構鋼
1.低合金高強度結構鋼
其牌号由代表屈服點的漢語拼音字母（Q）、屈服極限數值、質量等級符号（A、B、C、D、E）三個部分按順序排列。例如Q390A，表示屈服強度σs＝390N/mm2、質量等級A的低合金高強度結構鋼。
2.合金結構鋼
其牌号由“兩位數字十元素符号+數字”三部分組成。前面兩位數字代表鋼中平均碳質量分數的萬倍，元素符号表示鋼中所含的合金元素，元素符号後面數字表示該元素的平均質量分數的百倍。合金元素的平均質量分數Me＜1.5%時，一般隻标明元素而不标明數值；當平均質量分數≥1.5％、≥2.5％、≥3.5%，…時，則在合金元素後面相應地标出2，3，4，…。例如40Cr，其平均碳的質量分數c=0.4％，平均鉻的質量分數Cr＜1.5％。如果是高級優質鋼，則在牌号的末尾加“A”。例如38CrMoAlA鋼，則屬于高級優質合金結構鋼。
3.滾動軸承鋼
在牌号前面加“G”(“滾”字漢語拼音的首位字母)，後面數字表示鉻的質量分數的千倍，其碳的質量分數不标出。例如GCr15鋼，就是平均鉻的質量分數Cr＝1.5％的滾動軸承鋼。鉻軸承鋼中若含有除鉻外的其它合金元素時，這些元素的表示方法同一般的合金結構鋼。滾動軸承鋼都是高級優質鋼，但牌号後不加“A”。
4.合金工具鋼
這類鋼的編号方法與合金結構鋼的區别僅在于：當c＜1％時，用一位數字表示碳的質量分數的千倍；當碳的質量分數≥1%時，則不予标出。例如Cr12MoV鋼，其平均碳的質量分數為?c=1.45％~1.70%，所以不标出；Cr的平均質量分數為12％，Mo和V的質量分數都是小于1.5%。又如9SiCr鋼，其平均?c=0.9％，平均?Cr均＜1.5％。不過高速工具鋼例外，其平均碳的質量分數無論多少均不标出。因合金工具鋼及高速工具鋼都是高級優質鋼，所以它的牌号後面也不必再标“A”。
5.不鏽鋼與耐熱鋼
這類鋼牌号前面數字表示碳質量分數的千倍。例如3Crl3鋼，表示平均?c＝0.3％，平均?Cr＝13％。當碳的質量分數?c≤0.03％及c≤0.08％時，則在牌号前面分别冠以“00”及“0”表示，例如00Cr17Ni14Mo2，0Cr19Ni9鋼等。
工具鋼
合金刃具鋼
刃具鋼應具有下列性能要求：高硬度（60HRC以上）；高的耐磨性；高的熱硬性（紅硬性）；具有一定的強度、韌性和塑性。（一）低合金刃具鋼
1、化學成分特點高的含碳量（0.75~1.5%)；為了提高淬透性和回火穩定性，加入Cr、Mn、Si、V、W等合金元素；
2、熱處理特點預處理為球化退火，最終熱處理為淬火+低溫回火。
3、常用鋼種9SiCr、9Mn2V、9SiCr鋼圓闆牙淬火回火工藝，
（二）高速鋼
1、化學成分特點①高C：0.7%～1.5%；②加入Cr提高淬透性；③加入W、Mo提高熱硬性；④加入V提高耐磨性。
2、熱處理特點退火+1270℃淬火+560℃～580℃回火（三次）。
3、典型鋼種W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V鋼盤形銑刀淬火回火工藝曲線，作用。
合金模具鋼
1.冷作模具鋼用來制造在室溫下使金屬塑性變形的模具，如落料模、冷镦模、剪切模等。（屬高碳鋼>0.9%）
2.熱作模具鋼用來制造對金屬進行熱變形加工的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。（含碳量0.3%~0.6%,含C量太高，導熱性下降)
合金量具鋼
1.用于制造量具的合金鋼稱為合金量具鋼。例如制造卡尺、塞規、量塊等。
2.量具在使用的過程中要經受磨損，要求具有較高的硬度和耐磨性，同時要有較高的尺寸穩定性。
3.為提高尺寸的穩定性，淬火後要進行冷處理。（－50℃~－78℃）。
用途
09MnNb、16Mn、15MnTi鋼屬低合金結構鋼，用于制造橋梁、車輛、鍋爐、油罐、建築結構和化工容器等。
14MnVTiRe、14MnMoV、18MnNb、14CrMnMoVB鋼用于制造大型船舶、重要橋梁、電站設備及鍋爐、化工、石油等中高壓容器。
20Cr、20MnV鋼，适于制造滲碳小齒輪、小軸、活塞銷等。
20CrMnTi鋼，常用于制造汽車、拖拉機上的齒輪。
18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo、20Cr2Ni4A鋼，常用于制造大型滲碳齒輪和軸類件。
40MnB、40Cr、35CrMo、40CrMnMo鋼，用于制造重要調質件，如主軸、曲軸、連連杆和齒輪等機械零件。
65Mn、60Si2Mn鋼屬彈簧鋼，主要用于制造截面小于25mm的彈簧，如車箱闆簧和機車闆簧、扭杆簧等。
GCr15、GsiMnMoV鋼屬軸承鋼，主要用于制造滾動軸承的内圈、外圈和滾動體，也可用于制造冷沖模、冷軋輥等。
CrWMn、CrMn、9Mn2V鋼，用于制造測量工具，如卡尺、千分尺、量規、塊規塞規等。
W18Cr4V、W6Mo5C4V2鋼，用于制造高速切削的刃具，如鑽頭、銑刀、滾刀、拉刀、鉸刀車刀等。
5CrMnMo、3Cr2W8V鋼，屬熱模具鋼，用于制造熱鍛模、熱壓模、壓鑄模等。
Cr12、Cr12MoV鋼，屬冷模具鋼，用于制造冷沖模具、冷切剪刀具等。
1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13鋼，屬馬氏體不鏽鋼，用于制造抗弱腐蝕性介質并承受沖擊載荷的零件，還可用來制造具有較高硬度和耐磨性的醫療工具等。
1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼，屬奧氏體不鏽鋼，用于制造耐硝酸、冷磷酸、有機酸及鹽、堿溶液腐蝕的設備零件。
Mn13鋼，屬耐磨鋼，用于制造拖拉機鍊軌闆、挖掘機鏟齒、球磨機襯闆、鐵路道岔等。
5CrMo、4Cr10Si2Mo鋼，屬耐熱鋼，用于制造在高溫下工作的零件或構件。
作用
1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當碳含量超過0.23%時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易鏽蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
2、矽（Si）：在煉鋼過程中加矽作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15－0.30%的矽。如果鋼中含矽量超過0.50-0.60%,矽就算合金元素。矽能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0－1.2%的矽，強度可提高15－20%。矽和钼、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含矽1－4%的低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。矽量增加，會降低鋼的焊接性能。
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30－0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點高40%。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟鬥，球磨機襯闆等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優質鋼要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼産生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優質鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
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。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不鏽鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防鏽和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、钼(Mo)：钼能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。結構鋼中加入钼，能提高機械性能。還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、钛(Ti)：钛是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的内部組織緻密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不鏽鋼中加入适當的钛，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。
12、铌(Nb)：铌能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加铌，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。铌可改善焊接性能。在奧氏體不鏽鋼中加铌，可防止晶間腐蝕現象。
13、钴(Co)：钴是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特别是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易産生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于0.50%對焊接性無影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄闆的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、矽合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能，提高強度。
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個镧系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形态、分布和性質，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁铧鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
存在狀态
合金鋼中常用的合金元素有矽（Si）、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、钼(Mo)、鎢(W)、釩(V)、钛（Ti）、铌(Nb)、锆(Zr)、钴(Co)、鋁(Al)、銅(Cu)、硼(B)、稀土(RE)等。磷(P)、硫(S)、氮(N)等在某些情況下也起合金元素的作用。
根據各種元素在鋼中形成碳化物的傾向，可分為三類：
①強碳化物形成元素，如釩、钛、铌、锆等。這類元素隻要有足夠的碳，在适當的條件下，就形成各自的碳化物;僅在缺碳或高溫的條件下,才以原子狀态進入固溶體中。
②碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢、钼等。這類元素一部分以原子狀态進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體,如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等,如果含量超過一定限度（除錳以外），又将形成各自的碳化物,如(Fe，Cr)7C3、(Fe，W)6C等。
③不形成碳化物元素，如矽、鋁、銅、鎳、钴等。這類元素一般以原子狀态存在于奧氏體、鐵素體等固溶體中。合金元素中一些比較活潑的元素，如鋁、錳、矽、钛、锆等，極易和鋼中的氧和氮化合，形成穩定的氧化物和氮化物，一般以夾雜物的形态存在于鋼中。錳、锆等元素也和硫形成硫化物夾雜。鋼中含有足夠數量的鎳、钛、鋁、钼等元素時能形成不同類型的金屬間化合物。有的合金元素如銅、鉛等，如果含量超過它在鋼中的溶解度，則以較純的金屬相存在。
鋼中作用
鋼的性能取決于鋼的相組成，相的成分和結構，各種相在鋼中所占的體積組分和彼此相對的分布狀态。合金元素是通過影響上述因素而起作用的。對鋼的相變點的影響主要是改變鋼中相變點的位置，大緻可以歸納為以下三個方面：
①改變相變點溫度。一般來說，擴大γ相(奧氏體)區的元素，如錳、鎳、碳、氮、銅、鋅等,使A3點溫度降低,A4點溫度升高;相反,縮小γ相區的元素，如锆、硼、矽、磷、钛、釩、钼、鎢、铌等,則使A3點溫度升高，A4點溫度降低。惟有钴使A3和A4點溫度均升高。鉻的作用比較特殊,含鉻量小于7％時使A3點溫度降低,大于7％時則使A3點溫度提高。
②改變共析點S的位置。縮小γ相區的元素，均使共析點S溫度升高；擴大γ相區的元素,則相反。此外幾乎所有合金元素均降低共析點S的含碳量，使S點向左移。不過碳化物形成元素如釩、钛、铌等（也包括鎢、钼），在含量高至一定限度以後,則使S點向右移。
③改變γ相區的形狀、大小和位置。這種影響較為複雜，一般在合金元素含量較高時，能使之發生顯著改變。例如鎳或錳含量高時，可使γ相區擴展至室溫以下，使鋼成為單相的奧氏體組織；而矽或鉻含量高時，則可使γ相區縮得很小甚至完全消失，使鋼在任何溫度下都是鐵素體組織。
對鋼加熱和冷卻時相變的影響鋼加熱時的主要固态相變是非奧氏體相向奧氏體相的轉變，即奧氏體化的過程。整個過程都和碳的擴散有關。合金元素中，非碳化物形成元素如鎳、钴等，降低碳在奧氏體中的激活能，增加奧氏形成的速度；而強碳化物形成元素如釩、钛、鎢等，強烈妨礙碳在鋼中的擴散，顯著減慢奧氏體化的過程。鋼冷卻時的相變是指過冷奧氏體的分解，包括珠光體轉變（共析分解）、貝氏體相變及馬氏體相變。由于鋼中大都存在幾種合金元素的相互作用，緻使對鋼冷卻時相變的影響也複雜得多。僅舉合金元素對過冷奧氏體等溫轉變曲線的影響為例，大多數合金元素，除钴和鋁外，均起減緩奧氏體等溫分解的作用，但各類元素所起的作用有所不同。不形成碳化物的（如矽、磷、鎳、銅）和少量的碳化物形成元素（如釩、钛、钼、鎢），對奧氏體到向珠光體的轉變和向貝氏體的轉變的影響差異不大，因而使轉變曲線向右推移。
碳化物形成元素（如釩、钛、鉻、钼、鎢）如果含量較多，将使奧氏體向珠光體的轉變顯著推遲，但對奧氏體向貝氏體的轉變的推遲并不顯著，因而使這兩種轉變的等溫轉變曲線從“鼻子”處分離，而形成兩個C形。當這類元素增加到一定程度時，在這兩個轉變區域的中間還将出現過冷奧氏體的亞穩定區。
對鋼的晶粒度和淬透性的影響影響奧氏體晶粒度的因素很多。鋼的脫氧和合金化情況均與“奧氏體本質晶粒度”有關。一般來說,一些不形成碳化物的元素,如鎳、矽、銅、钴等,阻止奧氏體晶粒長大的作用較弱,而錳、磷則有促進晶粒長大的傾向。碳化物形成元素如鎢、钼、鉻等，對阻止奧氏體晶粒長大起中等作用。強碳化物形成元素如釩、钛、铌、锆等，強烈地阻止奧氏體晶粒長大，起細化晶粒作用。鋁雖然屬于不形成碳化物元素，但卻是細化晶粒和控制晶粒開始粗化溫度的最常用的元素。
鋼的淬透性（見淬火）高低主要取決于化學成分和晶粒度。除钴和鋁等元素外，大部分合金元素溶入固溶體後都不同程度地抑制過冷奧氏體向珠光體和貝氏體的相變，增加獲得馬氏體組織的數量，即提高鋼的淬透性。一些碳化物形成元素，如釩、钛、锆、鎢等，如果形成碳化物而固定了鋼中的碳，反而會降低淬透性，易使晶粒粗化的元素如錳，能提高淬透性；使晶粒細化的元素如鋁，則降低淬透性。硼是顯著影響淬透性的元素，合金鋼中即使隻含十萬分之一的硼，也能顯著提高鋼的淬透性。但硼的這種影響僅對低、中碳鋼有效，對高碳鋼完全無效。
對鋼的力學性能和回火性能的影響鋼的性能取決于鐵的固溶體和碳化物各自性能以及它們相對分布的狀态。合金元素對鋼的力學性能的影響也與此有關。固溶于鐵素體中的合金元素，起固溶強化作用，使強度和硬度提高，但同時使韌性和塑性相對地降低。其中以磷和矽的固溶強化作用最顯著，而矽對韌性的影響也最嚴重。少量的錳、鉻或鎳，反而對鐵素體的韌性有一定提高。
調質鋼的韌性－脆性轉變溫度是評價力學性能的一項重要指标。①提高轉變溫度的元素有B、P、C、Si、Cu、Mo、Cr；②降低轉變溫度的元素有Ni、Mn；③少量時提高、多量時降低轉變溫度的元素有Ti、V;④少量時降低、多量時提高轉變溫度的元素有Al。
合金鋼的回火穩定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。對合金鋼的回火穩定性影響比較顯著的為：釩、鎢、钛、鉻、钼、钴、矽等元素；影響不明顯的為：鋁、錳、鎳等元素。可以看到，碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特别顯著。钴和矽雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長大，有強烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。各種合金元素對回火脆性影響的程度是不同的。定性地說，錳、鉻、氮、磷、釩、銅、鎳等均有促進回火脆性的傾向。钼的作用較特殊，它加入已有回火脆性的合金鋼（例如含錳、鉻等）中，能顯著地降低回火脆性傾向；若單獨加入普通碳素鋼中，則成為促進回火脆性傾向的元素。鎢的作用與钼相似，但對回火脆性的影響尚未十分确定。
對鋼的焊接性和被切削性的影響焊接性和被切削性是衡量鋼的工藝性能好壞的主要方面。凡能提高淬透性的合金元素均對鋼的焊接性不利。因為在焊縫熱影響區靠近熔合線一側冷卻時易形成馬氏體等硬脆組織，有導緻開裂的危險。另一方面，熱影響區靠近熔合線處的晶粒因受高熱容易粗化，因此，合金鋼中含有可使晶粒細化的元素如钛、釩等是有益的。矽含量高，焊接時會發生嚴重噴濺。硫含量高容易産生熱裂，同時會逸出二氧化硫氣體，在焊接金屬内形成氣孔和疏松。磷含量高容易導緻冷裂。
鋼中加入适量的硫、鉛等元素可改善鋼的被切削性（見易切削鋼）。合金鋼中的合金元素一般會使鋼的硬度增加，因而增高切削抗力，加劇刀具磨損。通過改變鋼的基體組織、夾雜物的種類、數量和形狀可以影響鋼的被切削性。對鋼的耐蝕性能的影響鉻是不鏽耐酸鋼和耐熱鋼的主要合金元素。合金鋼中含鉻量若達到12％左右，在鋼的表面便形成緻密的鉻的氧化物，使鋼在氧化性介質中的耐蝕性發生突變而大大提高。鉻、鋁、矽等元素，能提高鋼的抗氧化性和抗高溫氣體的腐蝕性能，但過量的鋁和矽則會使鋼的熱塑性變壞。鎳主要用來形成和穩定奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學性能、耐蝕性能和工藝性能。钼能使不鏽耐酸鋼很快鈍化，提高對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質的耐蝕能力。钛、铌通常用來固定合金鋼中的碳，使它生成穩定的碳化物，以減輕碳對合金鋼耐蝕性能的有害作用。銅和磷配合使用時，可提高鋼的耐大氣腐蝕性能。
區别
合金鋼與碳鋼相比含有較多其他元素。合金鋼是指鋼中除含矽和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素（如鉻、鎳、钼、釩、钛、銅、鎢、鋁、钴、铌、锆和其他元素等），有的還含有某些非金屬元素（如硼、氮等）的鋼。根據鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。而碳鋼主要指力學性能取決于鋼中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的鋼，有時也稱為普碳鋼或碳素鋼。碳鋼也叫碳素鋼，含碳量WC小于2%的鐵碳合金。碳鋼除含碳外一般還含有少量的矽、錳、硫、磷按用途可以把碳鋼分為碳素結構鋼、碳素工具鋼和易切削結構鋼三類。碳素結構鋼又分為建築結構鋼和機器制造結構鋼兩種按含碳量可以把碳鋼分為低碳鋼（WC≤0.25%）,中碳鋼（WC0.25%——0.6%）和高碳鋼（WC>0。6%）按磷、硫含量可以把碳素鋼分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優質碳素鋼（含磷、硫較低）和高級優質鋼（含磷、硫更低）一般碳鋼中含碳量較高則硬度越高，強度也越高，但塑性較低。
