随着科学和工程技术的不断发展，对钢的性能要求越来越高。例如，尺寸大的高强度零件，要求具有优良的综合力学性能和高的淬透性；在某些特殊条件下工作的零件，要求耐腐蚀、抗氧化、耐磨损等特殊性能；切削速度较高的刀具，要求较高的热硬性。非合金钢已不能满足这些要求了，必须采用各种性能优异的低合金钢与合金钢。

为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有意加入的元素，称为合金元素。含有一种或数种有意添加的合金元素的钢，称为合金钢。钢中加入的合金元素主要有：硅"( Si )、锰（ Mn )、铬（ Cr )、镍（ Ni )、钨（ W )、钼（ Mo )、钒（ V )、钛（ Ti )、铝（ AI )、硼（ B ）及稀土元素（ RE ）等。根据我国资源条件，在合金钢中主要使用硅、锰、硼、钨、钼、钒、钛及稀土元素。

 一、合金元素在钢中的存在形式及作用

合金元素在钢中主要以两种形式存在，即溶入铁素体中形成合金铁素体，或与碳化合形成合金碳化物。

1、合金铁素体 

大多数合金元素都能不同程度地溶入铁素体中。溶入铁素体的合金元素，由于它们的原子大小及晶格类型都与铁不同，因此使铁素体晶格发生不同程度的畸变，其结果使铁素体的强度、硬度有所提高；但是当合金元素超过一定的质量分数后，韧性和塑性会显著降低。与铁素体有相同晶格类型的合金元素，如 Cr 、 Mo 、 W 、 V 、 Nb 等强化铁素体的作用较弱；而与铁素体具有不同晶格类型的合金元素，如 Si 、 Mn 、 Ni 等元素强化铁素体的作用较强。当 Si 、 Mn 的质量分数低于1％时，既能强化铁素体，又不明显降低韧性。当 Ni 的质量分数不超过5%, Cr 的质量分数不超过1.5％时，不仅能强化铁素体，还能提高韧性，这就是铬镍钢具有优良的综合力学性能的原因。

2、合金碳化物

 合金元素可分为碳化物形成和非碳化物形成两类合金元素。非碳化物形成元素，如 Si 、 Al 、 Ni 及 Co 等，它们只以原子状态存在于铁素体或奥氏体中。碳化物形成元素，按它们与碳结合的能力，由强到弱的次序为： Ti 、 Nb 、 V 、 Mo 、 W 、 Cr 、 Mn 和 Fe 。它们和碳形成的碳化物有： TiC 、 VC 、 WC 、 Cr ,C3、( Fe , Cr ), C 及（ Fe , Mn )3C等。这些碳化物本身都有极高的硬度，有的可达71~75HRC。因此，提高了钢的强度、硬度和耐磨性。

二、合金元素对钢的热处理和力学性能的影响

合金元素对钢的有利作用，主要是通过影响热处理工艺中的相变过程显示出来，因此钢的优越性大多都要通过热处理才能充分发挥出来。