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合金鋼とは、鋼に重量比で1.0%から50%の範囲で様々な元素を添加して合金化したもので、一般的には機械的特性を向上させることを目的としている。
合金鋼は低合金鋼と高合金鋼の2つのグループに分けられます。この2つの境界については議論があります。ウィリアム・スミスとジャバド・ハシェミは4.0%と定義していますが[ 1 ] : 393、ポール・デガルモらは8.0%と定義しています[ 2 ] : 112。ほとんどの合金鋼は低合金鋼です。
最も単純な鋼は、鉄（Fe）に炭素（C）を（0.1%～1%）添加した合金で、他の元素は（わずかな不純物を除いて）含まれていません。これらは炭素鋼と呼ばれます。しかし、合金鋼は、追加の（金属）合金元素を含む鋼を包含します。一般的な合金元素には、マンガン（Mn）（最も一般的） 、ニッケル（ Ni ）、クロム（Cr） 、モリブデン（Mo）、バナジウム（V）、ケイ素（Si）、ホウ素（B）などがあります。あまり一般的ではない合金元素には、アルミニウム（Al）、コバルト（Co）、銅（Cu ）、セリウム（Ce ）、ニオブ（Nb）、チタン（Ti） 、タングステン（W）、スズ（Sn）、亜鉛（Zn）、鉛（Pb）、ジルコニウム（Zr）などがあります。
合金鋼は、強度、硬度、靭性、耐摩耗性、耐食性、焼入れ性、高温硬度など、さまざまな特性を向上させます。これらの特性を向上させるには、金属に特定の熱処理と厳格な冷却手順を組み合わせる必要がある場合があります。
合金鋼は何世紀にもわたって製造されてきたが、その冶金学は19世紀の化学科学の進歩によって組成が明らかになるまで十分に理解されていなかった。初期の合金鋼は「秘伝のレシピ」に基づいて製造された高価な贅沢品であり、ナイフや剣などの道具に鍛造された。機械時代の合金鋼は、工具鋼やステンレス鋼であった。
鉄は強磁性体であるため、その磁性に対する反応が評価される用途、例えば電気モーターや変圧器などにおいて、一部の合金は重要な用途を見出されている。
合金元素は特定の特性を付与する。[ 3 ]一般的に、合金元素は強度や焼入れ性を向上させるために低濃度（5%未満）で添加され、耐食性や温度安定性を向上させるために高濃度（5%以上）で添加される。[ 2 ] : 112
合金元素は、固溶体、化合物、または炭化物のいずれかを形成する傾向がある。
合金元素は共析温度に影響を与える可能性がある。
鋼の特性は、その微細構造、つまり異なる相の配列に依存します。ある相は硬く、ある相は延性に優れています。原子レベルでは、自動車用鋼の4つの相は、マルテンサイト（最も硬いが脆い）、ベイナイト（やや硬い）、フェライト（延性に優れている）、オーステナイト（最も延性に優れている）です。これらの相は、製鋼業者が加熱および冷却プロセスの間隔（時には数秒単位）と温度を操作することによって配置されます。[ 4 ]
合金鋼管は、原油、天然ガス、石油製品の輸送に広く用いられています。その高い強度と耐腐食性により、高圧・高温環境に最適です。
その他の配管は、火力発電所や原子力発電所のボイラーや熱交換器などに使用されています。これらは極端な温度や圧力条件下にも効率的に耐えることができます。
合金鋼管は、腐食性化学物質や高温流体を安全に取り扱うためにも使用されます。その耐久性により、過酷な加工環境下でも長寿命を実現します。
さらに、橋梁、建築物、産業用構造物などの構造用途にも使用されています。その強度と耐荷重能力により、長期的な信頼性が確保されます。
合金鋼管は、自動車部品や重機部品の製造にも使用されています。その強靭性と耐摩耗性により、過酷な機械加工にも耐えることができます。
合金鋼は、その高い強度、靭性、耐摩耗性から、農業機械や交換部品の製造にも使用されています。JCBLグループ傘下のJCBL Agriなどのメーカーは、農業機械の交換部品の製造に合金鋼を使用しています。
合金鋼管は様々な産業分野で幅広く利用されており、その強度、耐久性、そして過酷な環境下における信頼性の高さを証明しています。エネルギー、インフラ、製造業など、あらゆる分野において、合金鋼は重要な産業活動を支え続けています。
TRIP鋼は、自動車衝突などの変形によって、比較的延性のある状態から比較的硬い状態に変化します。変形によってオーステナイト組織がマルテンサイト組織に変化します。TRIP鋼は、オーステナイト組織を形成するために比較的高い炭素含有量を使用します。比較的高いシリコン/アルミニウム含有量は、ベイナイト領域での炭化物析出を抑制し、フェライト/ベイナイトの形成を促進します。これにより、室温でオーステナイトを支える炭素が保持されます。特定の冷却プロセスにより、成形中のオーステナイト/マルテンサイト変態が抑制されます。TRIP鋼は通常、冷却中に中間温度で等温保持する必要があり、これによりベイナイトが生成されます。追加のシリコン/炭素は、パルス溶接や希釈溶接の使用など、溶接サイクルの変更を必要とします。[ 5 ]
ある製法では、鋼を高温に加熱し、やや冷却した後、一定時間保持し、その後急冷する。これにより、より軟らかいフェライトのマトリックスに囲まれたオーステナイトの島状組織と、より硬いベイナイトおよびマルテンサイトの領域が形成される。得られた製品は、破壊することなくエネルギーを吸収できるため、バンパーやピラーなどの自動車部品に有用である。
先進的な高強度鋼は3世代にわたって利用可能である。第1世代は1990年代に開発され、強度と延性が向上した。第2世代は新しい合金を使用して延性をさらに向上させたが、高価で製造が困難であった。第3世代が登場しつつある。加熱および冷却パターンを改良することで、延性を多少犠牲にして強度を向上させている（第2世代との比較）。これらの鋼は、以前の鋼のほぼ10倍の強度を持ち、製造コストもはるかに安いとされている。[ 5 ]
研究者たちは、鋼鉄の強度とチタン合金の軽さを兼ね備えた合金を作り出した。それは鉄、アルミニウム、炭素、マンガン、ニッケルを組み合わせたもので、もう1つの成分は均一に分布したナノメートルサイズのB2金属間化合物（原子数が等しい2つの金属）粒子であった。ニッケルを使用することで、以前のB2の使用の試みで生じた問題を回避しつつ、延性を向上させることができた。[ 6 ]