Thép hợp kim là loại thép ngoài sắt và các bon ra người ta cố ý đưa thêm vào các nguyên tố có lợi với số lượng nhất định và đủ lớn để thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất (cơ, lý, hoá… mà chủ yếu là cơ tính) của chúng. Các nguyên tố có lợi được cố ý đưa vào thép gọi là nguyên tố hợp kim
Ngày nay rất nhiều loại thép hợp kim thông dụng đã được sử dụng vào các ngành công nghiệp như xây dựng, giao thông, cơ khí… chúng không chỉ đáp ứng được các đặc tính đặc biệt phù hợp với điều kiện làm việc mà còn góp phần đáng kể vào việc giảm trọng lượng kết cấu, tăng độ tin cậy và tuổi thọ của kết cấu hàn đồng thời hạ giá thành sản phẩm.
Thép hợp kim là những loại thép mà ngoài các bon ra còn có các nguyên tố hợp kim khác như Mangan, Silic, Niken, Crôm, Molipđen, Titan, Nhôm… với lượng đủ lớn quyết định đến các đặc tính quan trọng của thép. Thép hợp kim cũng có thể được chia
thành 3 loại: thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình và thép hợp kim cao căn cứ vào chủng loại và tổng lượng hợp kim của chúng.
Đối với thép hợp kim tính hàn của vật liệu tỉ lệ nghịch với khả năng tạo biến cứng và độ cững lớn nhất có thể đạt được của chúng. Ví dụ, một loại thép có khả năng tạo biến cứng và độ cứng cao thì có tính hàn xấu và có xu hướng xuất hiện hiện tượng nứt khi hàn.
Độ cứng lớn nhất có thể đạt được tối đối với mỗi loại thép và tính hàn của chúng có liên quan chặt chẽ với hàm lượng các nguyên tố hợp kim mà cụ thế là hàm lượng các bon tương đương. Giá trị này được tính toán dựa vào hàm lượng các bon và các nguyên tố hợp kim theo công thức sau:
Ctđ % % % % % % % % [ ]3.1 6 5 15 Mn Si Cr Mn V Ni Cu C + + + + = + + + Khi Ctd < Ctđththì vật liệu có tính hàn
Trong đó: Ctđth: là hàm lượng các bon tương đương tới hạn
Ctđth=0.45 khi chiều dày tấm hàn t < 25mm
Ctđth= 0.40 khi chiều dày tấm hàn t < 35mm
Trong khi đó, độ cứng lớn nhất của mỗi loại thép chỉ có thể đạt được khi chúng được làm nguội từ nhiệt độ tạo austenite (750-9500C) với tốc độ nguội lớn đủ để tạo cấu trúc mactensite. Khi thêm các nguyên tố hợp kim như Mangan, crôm và molipđen sẽ làm giảm quá trình hình thành cấu trúc mactensit trong khi làm nguội qua nhiệt độ biến đổi pha. Hiện tượng này sẽ ngăn chặn việc hình thành cấu trúc peclite mềm hơn mactensite rất nhiều, đồng thời tạo điều kiện để quá trình chuyến pha từ austenite sang mactensite xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn (500-2000). Loại thép nào có tốc độ chuyển pha thấp nhất sẽ có khả năng biến cứng cao nhất và ngược lại. Loại vật liệu có khả năng biến cứng cao có thể đạt được độ cứng lớn nhất khi làm nguội ngoài không khí trừ khi chúng có độ dày quá lớn. Loại thép có khả năng biến cứng thấp bắt buộc phải tôi thì mới đạt được độ cứng lớn nhất.
Hiện tại có rất nhiều loại thép hợp kim thấp khác nhau được sản xuất và đưa vào chế tạo các chi tiết máy, tính hàn của chúng phụ thuộc vào thành phần hoá học của chúng. Một số hợp kim được dùng trong công nghiệp làm lạnh, chúng có độ dai rất tốt khi nhiệt độ làm việc dưới 00C.
Thép hợp kim thấp cũng được dùng cho các thiết bị là kết cấu hàn làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao như nồi hơi, tháp hoá dầu, chế biến hoá chất… Những loại thép này được đưa vào thành phần các nguyên tố hợp kim như Cr và Mo khiến chúng trở nên rất bền vững, có cơ tính tốt và ổn định ở nhiệt độ cao lên tới 6500C.
Một số loại thép có khả năng chống ăn mòn ngoài khí quyển bằng cách đưa vào thành phần một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim như Cu, P, Cr… Khi tiến hành áp dụng phương pháp hàn đối với loại thép này chúng ta phải chú ý chọn vật liệu hàn sao cho kim loại của mối hàn cũng có khả năng chịu được ăn mòn của môi trường. Đồng thời tính hàn của thép này thường là xấu, dễ xuất hiện hiện tượng nứt nóng do vậy phải lựa chọn và áp dụng một chế độ hàn hợp lý.