用于制造重要工程結構和機器零件的鋼種稱為合金結構鋼。主要有低合金結構鋼、合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼。低合金結構鋼用途主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結構等。性能要求高強度：一般其的屈服強度在300MPa以上。高韌性：要求延伸率為15%～20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m～800kJ/m。對于大型焊接構件，還要求有較高的斷裂韌性。良好的焊接性能和冷成型性能。低的冷脆轉變溫度。良好的耐蝕性。成分特點低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超過0.20%。加入以錳為主的合金元素。加入鈮、鈦或釩等輔加元素：少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細碳化物或碳氮化物，有利于獲得細小的鐵素體晶粒和提高鋼的強度和韌性。

縮小γ相區(qū)元素——亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素，主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點上升，A4點下降(鉻除外，鉻含量小于7%時，A3點下降；大于7%后，A3點迅速上升)，從而縮小γ相區(qū)存在的范圍，使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、Nb、Zr等)。形成碳化物合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小，可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常見非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶于基體相中，一部分形成合金滲碳體，含量高時可形成新的合金碳化合物。

合金調質鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火索氏體。對于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進行感應加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達55HRC～58HRC。合金調質鋼淬透調質后的屈服強度約為800MPa，沖擊韌性在800kJ/m2心部硬度可達22HRC～25HRC。若截面尺寸大而未淬透時，性能顯著降低。碳鋼與合金鋼板的區(qū)別碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：淬透性低一般情況下，碳鋼水淬的 淬透直徑只有10mm-20mm。強度和屈強比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,遠低于合金鋼?；鼗鸱€(wěn)定性差由于回火穩(wěn)定性差，碳鋼在進行調質處理時，為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。