全硬化钢为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。其它成分是为了使钢材性能有所区别。

使用前一般先经淬火再经回火，以使强度和韧性达到要求。碳素调质钢含碳量为0.03～0.60%,由于其淬透性较低，仅用于制造截面尺寸较小、形状简单或载荷较低的机械零件。合金调质钢是在碳素调质钢的基础上加入一种或几种合金元素，加入的合金元素总量一般不超过5%。合金调质钢的淬透性好,可在油中淬硬，淬火变形小,有更好的强度和韧性配合。常用钢号有40Cr、35CrMo、40MnB等。对截面尺寸大、承受载荷高的重要零件如航空发动机主轴、高速柴油机的曲轴和连杆、汽轮机和发电机的主轴等常用合金元素含量较高的钢种，如40CrNiMo、18CrNiW、25Cr2Ni4MoV等。

随着强度的提高，缺口敏感性增加,出现氢脆、应力腐蚀和腐蚀疲劳问题，强度超过一定限度后断裂韧性降低，直接影响部件的使用可靠性和使用寿命，甚至会在使用中突然断裂。因此需要选择合理的热处理制度，以获得良好的综合性能。马氏体时效钢不仅强度高，断裂韧性、抗氢脆和应力腐蚀性能也都比低合金超高强度钢好，有良好的可焊性和工艺塑性，是一种综合性能良好的钢种，适于制作飞机起落架。半奥氏体沉淀硬化不锈钢，也称过渡型沉淀硬化不锈钢，兼有奥氏体和马氏体两类不锈钢的长处，即塑性良好、容易加工成形，热处理后可获得很高的强度，在高速飞机和航天器上获得了应用。

根据成分不同，可分为碳素钢和合金钢。根据性能和用途不同，又可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

碳（Carbon)-存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，通常希望刀具级别的钢材拥有0.5%以上的碳，也成为高碳钢。

铬（Chromium)-增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈的。

锰（Manganese）-重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM420V。

钼（Molybdenum）-碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。

镍（Nickle）-保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6AUS-6和AUS-8中。

硅（Silicon）-有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。

钨（Tungsten）-增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。高速钢M-2中就含有大量的钨。

钒（Vanadium）-增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPMT440V和420VA含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒。

沉淀硬化不锈钢是铁-铬-镍合金，为了发展高强度和高韧性，通过加入AL、Ti、Nb、V、N，在时效热处理过程

按其组织形态可分为三类：沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化奥氏体型不锈钢和沉淀硬化马氏体型。列入我国国家标准钢板牌号的有0Cr17Ni7A和0Cr15Ni7M02Al两种,是属于沉淀硬化半奥氏体型不锈钢。该钢的组织特点是在固溶或退火状态时具有奥氏体加体积分数为5%~20%的铁素体组织。这种钢经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体，再通过时效析出硬化达到所需要的高强度。这种钢有很好的成形性能和良好的焊接性，可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中，得到应用。

沉淀硬化奥氏体耐热钢碳化物沉淀硬化奥氏体耐热钢

以碳化物形成元素钒、铌和钼形成的MC和M23C6型碳化物作为强化相，使用温度650℃。为保证足够高的高温强度，必须有足够高的碳化物体积分数，故这类钢的碳含量应保持在0.4%左右。代表性的中国牌号为GH36，它是一种节镍型的Fe-13Cr-8Ni-8Mn钢，并含有强化元素钼、钒和铌。其中钼主要是起固溶强化作用，钼含量约为1.4%。钒和铌含量分别约为1.4%和0.4%，王要起沉淀强化作用。GH36钢中最主要的碳化物是Vc，其中溶有部分铌和钼，随钢中钒含量增加，钢的高温强度增加，VC析出量最多时(670~750℃)与最大硬度相符，其颗粒从几个nm到20nm。第二种碳化物是M23C6，其成分为(Cr，Fe，V，Mo)23C6复合碳化物，最高形成温度为900℃。钼的溶入促进了M23C6的强化效应。第三种碳化物为NbC溶有部分钒和钼，铌虽有固溶强化作用，但过量易生成一次粗大的NbC或Nb(C，N)夹杂物，不利于钢的强化。VC和M23C6只有在相当高温度下才能溶解，所以固溶温度在1120～1140℃保温80min。时效处理采用二次时效热处理制度，即650~670℃时效14～16h后升温到770～800℃时效14~20h，然后空冷。此时钢中主要强化相为1%左右的弥散分布的VC和3%左右颗粒稍大的M23C6以及0.3%左右的难溶解的NbC或Nb(C，N)。为限制NbC或Nb(C，N)出现，应控制低的氮含量和N3gN的碳含量和不太高的氮含量，氮含量增加不仅使钢的强度低，而且持久塑性也显著下降。为改善钢的性能，加入少量铝(约0.3%)以固定氮，减少Nb(C，N)夹杂物，可以更好发挥钒和铌的强化作用。同时加入微量镁(0.003%～0.005%)可强化晶界，提高钢的持久塑性。

此外，还有铁一铬一镍一钴基的碳化物沉淀硬化型耐热钢如美国的S-590(含有0.4%碳、21%铬、20%镍、20%钴、4%钨、4%钼、4%铌)，其沉淀强化相为NbC。另一类型是借温加工来促进碳化物沉淀强化的中国耐热钢G18B(含有0．4%碳、13%铬、13%镍、10%钴、2.5%钨、2%钼、3%铌)，其沉淀强化相亦为NbC。

沉淀硬化奥氏体耐热钢金属间化合物沉淀硬化奥氏体耐热钢

以金属间化合物γ’-Ni3(Ti，A1)作为主要沉淀强化相，用于温度在650～750℃甚至更高的温度运转的燃气轮机部件。由于加入大量铁素体型强化元素如钨、钼、钛、铝和铌等，为保证基体奥氏体组织的稳定性，加入了大量的镍，其基体根据镍含量不同可分为Fe-15Cr-25Ni、Fe-15Cr-35Ni等，加入钛和铝主要是为形成γ’-Ni3(Ti，A1)金属间化合物，以便经过时效处理产生沉淀强化。图为cr15Ni25钢加入钛和铝所形成的各种金属间化合物。其中能作为沉淀强化相的是溶有钛和铝的γ’-Ni3(Ti，A1)相，长时间后γ’-Ni3(Ti，A1)相会转变成η-Ni3Ti相而出现胞状沉淀组织，使沉淀强化效果消失。一般A1/Ti小于1，铝有稳定γ’-Ni3(Ti，A1)的作用。过量的铝又会形成Ni2A1Ti和Ni(A1，Ti)相，易聚集长大，不能作为沉淀强化相。这类钢中γ’相的体积分数不超过20%，因而限制了进一步提高钢高温强度。进一步合金化还单独或同时加入钨和钼以固溶强化来提高其高温强度和使用温度。钨和钼除有形成Laves相倾向外，还可能形成σ相和μ相，使钢失去组织稳定性，甚至造成脆化效应。通过调整成分或细化晶粒减轻σ相在晶界密集程度，是保证钢在高温长期使用安全的重要措施。钼能改善由钛引起的低塑性和缺口敏感性。钢中加入晶界强化元素硼、锆、铈、镁等，其中硼含量不宜过高，否则在晶界易形成硼化物低熔点共晶而产生热脆。这些微量元素可改善钢的持久塑性和强度，消除缺口敏感性。硅作为残留元素在钢中存在，当其含量在上限时易生成Ni14Ti9Si6的G相，消耗主要强化元素钛及奥氏体形成元素镍，且G相性脆，要严格控制其生成。由于这类钢的组织稳定性较差，γ’-Ni3(Ti，A1)易生成η-Ni3Ti的不利转变和微量脆性相析出倾向，限制了钢在较高温度下的强化，只能在650～750℃的中温范围使用。

Crl5Ni25钢加入钛和铝形成的各种金属间化合物

沉淀硬化不锈钢，在各类不锈钢中通过单独或复合加入硬化元素，而获得高强度、高韧性、高耐蚀性的一类不锈钢 。