在碳素鋼的基礎上，有目的地在冶煉的過程中加入一定量的合金元素。含有合金元素的鋼叫做合金鋼。常用的合金元素有：錳（wMn>1.0%）、硅（wSi>0.5%）、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鋁、硼、稀土( RE)等。根據我國資源情況，富產元素有硅、錳、鉬、鎢、釩、鈦、硼及稀土元素。選用合金時，應優先考慮采用我國資源豐富的鋼種。

合金鋼與碳素鋼相比，具有較高的綜合力學性能、良好的熱處理工藝性能，并具有特殊的物理、化學性能。雖然合金鋼的生產工藝過程復雜、成本較高，但由于其具有優良的性能，能夠滿足不同工作條件下的產品要求，因此應用范圍不斷擴大，重要的工程結構和機械零件均使用合金鋼制造。

鐵素體和滲碳體是碳素鋼中的兩個基本相，當合金元素加入鋼中時，合金元素可以固溶于鐵素體內，也可以固溶于滲碳體內。與碳親和力弱的非碳化物形成元素，如鎳、硅、鋁、鈷等，主要固溶于鐵素體中形成合金鐵素體，而與碳親和力強的碳化物形成元素，如錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈮等，則主要與碳結合形成合金滲碳體或碳化物。合金元素對鋼的基體的強化作用提高了鋼的力學性能和使用性能。

1．形成合金鐵素體

溶入鐵素體中的合金元素，形成合金鐵素體。原子直徑較小的合金元素（如氮、硼等）與鐵素體形成間隙固溶體，原子直徑較大的合金元素（如錳、鎳、鈷等）與鐵素體形成置換固溶體。

當合金元素溶入鐵素體后，必然引起鐵素體的晶格畸變，產生固溶強化，使鐵素體的強度、硬度提高，但塑性、韌性有下降趨勢。圖8-1和圖8-2所示為常見合金元素對鐵素體硬度和韌性的影響。

由圖可知，硅、錳能顯著地提高鐵素體的強度和硬度，但當wSi>0.6%、wMn>1.5%時，合金的韌性顯著下降。而鉻、鎳這兩種合金元素，在含量適當時(wCr≤2%，wNi≤5%)，不僅能提高鐵素體的強度和硬度，同時也能提高其韌性。

2．形成合金碳化物

在鋼中能形成碳化物的元素有：鈦、鋯、鈮、釩、鎢、鉬、鉻、錳、鐵等。在周期表中，碳化物形成元素都是位于鐵左邊的過渡元素，離鐵越遠，則該合金元素與碳的親和力越強，形成碳化物的能力越大，形成的碳化物越穩定，越不容易分解。一般認為，鈦、鋯、鈮、釩是強碳化物形成元素，鎢、鉬、鉻是中強碳化物形成元素，錳為弱碳化物形成元素。合金鋼中形成合金碳化物的類型主要有以下兩類。

(1)合金滲碳體

合金滲碳體是合金元素溶入滲碳體所形成的化合物，仍具有滲碳體的復雜晶格，其中鐵與合金元素的比例可變，但兩者的總和與碳的比例是固定不變的。如在含錳的鋼中，Fe3C中的鐵原子被錳原子置換而形成(Fe，Mn)3C。當中強碳化物形成元素在鋼中的質量分數不大(0.5%~3%)時，一般也傾向于形成合金滲碳體，如( Fe，Cr) 3C、(Fe，W)3C等。合金滲碳體的穩定性略高于滲碳體，硬度也較高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。