將一個或多個合金元素加入到普通碳鋼中可形成鐵碳合金。通過加入多種元素和適當的加工工藝，可獲得高強、高韌、耐磨損、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、不含磁性等優良性能。

合金鋼的回火穩定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別顯著。

所謂合金鋼就是在鋼中再加入鉻、鎳、鎢、鈦和釩等化學元素，這樣可以使鋼材增加某一特殊性能。常用的合金鋼有合金結構鋼、高速工具鋼、滾珠軸承鋼、不銹鋼等。例如，高壓容器要用合金結構鋼制造；不銹鋼韌性好、耐腐蝕，主要用于化工設備。

鎳主要用來形成和穩定奧氏體組織，使鋼獲得良好的力學性能、耐蝕性能和工藝性能。鉬能使不銹耐酸鋼很快鈍化，提高對含有氯離子的溶液及其他非氧化性介質的耐蝕能力。

合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。

合金鋼的回火穩定性比碳素鋼好，這是由于合金元素在回火時阻礙了鋼中原子的擴散，因而在同樣溫度下，起到延遲馬氏體分解和抗回火軟化的作用。碳化物形成元素，對回火軟化的延遲作用特別顯著。鈷和硅雖屬不形成碳化物元素，但它們對滲碳體晶核的形成和長大，有強烈的延遲作用，因此，也有延遲回火軟化的作用。