为了提高非合金钢的使用性能，改善非合金钢的工艺性能，有意识地加入某些合金元素熔合而成的钢种称为合金钢。
虽然非合金钢通过增减含碳量和采取不同的热处理方法可以改善其性能，但是现代工业的发展对其性能提出了更高的要求，如耐热性、耐蚀性、高磁性和高耐磨性等，这些特殊性能往往是非合金钢不具备的。合金钢通过添加不同的合金元素就能满足各种性能要求。
1.合金元素的作用
合金元素在钢中的主要作用归纳为以下几个方面。
1）提高钢的强度
合金元素一方面能溶入铁素体强化基体，另一方面还能形成一些弥散分布的合金碳化物起到弥散强化作用，同时还能阻碍晶粒生长，细化晶粒，使合金钢的强度升高。
2）提高钢的淬透性
淬透性是指钢获得淬硬层深度的能力。合金元素溶入奥氏体后，使奥氏体的稳定性升高，淬火的临界冷却速度减小，显著地提高了钢的淬透性。
3）使钢获得某些特殊性能
当向钢中加入一定量的某些合金元素时，钢的组织和性能将发生某种特殊变化，从而获得具有某些特殊性能的合金钢。例如，加入合金元素形成单相组织，在表面形成致密的氧化膜等，从而形成不锈钢。
合金钢中常用的合金元素有锰、硅、钛、镍、钼、钨、钒、钴、铝、稀土等。
2.合金钢的分类和编号方法
合金钢种类繁多，分类方法也较多，一般按用途分为三类：合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
合金钢的编号常用“数字＋化学元素符号＋数字”的方法。在合金钢牌号之首用数字表明钢的含碳量。为了表明用途，规定合金结构钢以万分之一为单位的数字（两位数）、合金工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示含碳量（与非合金钢编号一样）。而合金工具钢的碳的质量分数超过1%时，碳含量不标出。在表明碳含量的数字之后，用元素符号表明钢中的主要合金元素，含量用其后的数字标明，平均质量分数少于1.5%时不标出，平均质量分数为1.5%～2.49%、2.5%～3.49%等时，相应地标以2、3等。
如40Cr钢为合金结构钢，其平均碳的质量分数为0.4%，主要合金元素为Cr，且含量在1.5%以下；如5CrMnMo钢为合金工具钢，其平均碳的质量分数为0.5%，主要含有Cr、Mn、Mo三种合金元素，且含量均少于1.5%；如CrWMn钢也为合金工具钢，其平均碳的质量分数大于1%，主要含有Cr、W、Mn三种合金元素，且含量均少于1.5%。
3.合金结构钢
1）低合金结构钢
低合金结构钢中碳的质量分数低于0.2%，含合金元素量低于5%，一般在3%以下。这类钢与含碳量相同的碳素钢相比具有较高的强度，可大幅度减轻结构重量，节约钢材；并有一定的耐蚀性，同时保持了较好的塑性、韧性和焊接性等。所以低合金结构钢多用于制造桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容器、油罐、油管等。
常用低合金结构钢的牌号有Q345（16Mn）、15MnMo、14MnNb等。
2）合金渗碳钢
合金渗碳钢的碳的质量分数一般为0.10%～0.25%，常加入Cr、Mn、Ti、B等合金元素。这类钢经过表面渗碳后，再经淬火和低温回火可获得“表面硬、心部韧”的优良性能，主要用来制造承受强烈摩擦、磨损和冲击载荷的机械零件，如汽车、拖拉机变速齿轮、内燃机的凸轮、活塞销等。
常用合金渗碳钢的牌号有20CrMnTi、20Cr等。
3）合金调质钢
合金调质钢的碳的质量分数一般为0.30%～0.50%，常加入Cr、Si、Mn、Ni等合金元素。这类钢经调质处理后具有良好的综合力学性能，即强度高，塑性、韧性好，广泛用于制造各种重要机器零件，如齿轮、连杆、轴及螺栓等。
常用合金调质钢的牌号有40Cr、35CrMo等。
4）合金弹簧钢
合金弹簧钢的碳的质量分数一般为0.45%～0.75%，常加入Si、Mn、Cr、V等合金元素。这类钢经淬火＋中温回火后，具有较高的弹性极限、疲劳强度、屈服强度及韧性，主要用于制造各种弹簧等弹性零件。
常用合金弹簧钢的牌号有60Si2Mn、50CrVA等。(https://www.xing528.com)
5）滚动轴承钢
滚动轴承钢的碳的质量分数一般为0.95%～1.10%，Cr是其基本元素，其质量分数为0.40%～1.65%。
滚动轴承钢主要用来制造各种滚动轴承元件（滚珠、滚柱、滚针、轴承套等）以及其他各种耐磨零件。
常用滚动轴承钢的牌号有GCr9、GCr15等。
4.合金工具钢
合金工具钢应具有高硬度、高红硬性、足够的韧性以及小的变形量等。因此，合金工具钢的含碳量及含合金元素量都较高。
1）合金刃具钢
合金刃具钢用来制造各种切削刀具，如车刀、铣刀、铰刀等。合金刃具钢按化学成分不同可分为以下两种。
（1）低合金刃具钢。低合金刃具钢中碳的质量分数较高，一般为0.85%～1.50%，加入Si、Cr、Mn等合金元素，保证刀具在250℃～300℃切削时仍保持高的硬度，可用来制造复杂形状的刀具，如丝锥、板牙、铰刀等。常用低合金刃具钢的牌号有9SiCr、CrWMn等。
（2）高速钢（俗称锋钢）。高速钢含碳量高，含有大量的碳化物形成元素，如W、Mo、V、Cr等。当切削温度高达600℃时，其硬度无明显下降，仍保持良好的切削性能，可以进行高速切削。常用高速钢的牌号有W18Cr4V、W 6Mo5Gr4V2等。
2）合金模具钢
合金模具钢按工件条件不同，可分为冷作模具钢和热作模具钢。
（1）冷作模具钢。冷作模具钢主要用于制造冷冲模、冷挤模、拉丝模等。尺寸小的冷作模具钢的牌号可采用9Mn2V、CrWMn等；尺寸较大的冷作模具钢的牌号可采用Cr12、Cr12MoV等。
（2）热作模具钢。热作模具钢主要用于制造热锻模和热压模。常用热作模具钢的牌号有5CrMnMo、5CrNiMo等。
3）合金量具钢
合金量具钢用于制造各种测量工具，如量块、量规。常用合金量具钢的牌号有CrMn、CrWMn、GCr15等。
5.特殊性能钢
1）不锈钢
不锈钢是指在腐蚀介质中具有抗腐蚀性能的钢。其成分特点是低碳，并加入大量Cr、Ni等合金元素，使钢获得单相组织，具有较高的电极电位，形成致密氧化膜，以阻止或减缓化学和电化学腐蚀的进程。不锈钢按组织分类有铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢。
（1）铁素体型不锈钢。铁素体型不锈钢属于单相铁素体组织，耐腐蚀性能好，塑性好，强度低，主要用来制作化工设备的容器、管道等。常用铁素体型不锈钢的牌号有1Cr17等。
（2）马氏体型不锈钢。马氏体型不锈钢主要用来制作汽轮机叶片、阀体、刀片等。常用马氏体型不锈钢的牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13等。
（3）奥氏体型不锈钢。奥氏体型不锈钢室温下具有单相奥氏体组织，具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和良好的冷变形性能，是目前应用最广的不锈钢，主要用于食品设备、化工设备的零部件、耐酸容器、管道、原子能工业等。常用奥氏体型不锈钢的牌号有0Cr19Ni9等。
2）耐热钢
耐热钢具有高温抗氧化性，同时又具有较高的高温强度以提高蠕变抗力。常用的耐热钢有：珠光体耐热钢，典型牌号有15CrMo、12MnMo等，用作锅炉材料、过热器管道等；马氏体耐热钢，典型牌号有1Cr13Mo、4Cr9Si2等，多用于制造汽轮机叶片、发动机排气阀等；奥氏体耐热钢，典型牌号有0Cr19Ni9，工作温度可高于650℃，可用于制造锅炉和汽轮机过热管道、内燃机重负荷排气阀等。
3）耐磨钢
耐磨钢通常指高锰钢，牌号为ZGMn13，它广泛应用于制造要求既耐磨又耐激烈冲击的零件，如破碎机齿板、大型球磨机衬板、挖掘机铲齿、坦克和拖拉机履带及铁轨道岔、防弹钢板等。
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