随着现代化工业和科学技术的不断发展，对钢铁材料也提出更高的要求。要求钢材有更高的强度，并且还具有耐高/低温、耐高压、耐腐蚀等特性。例如，大型氮肥厂中所用的金属材料，用天然气或石油气制氢的转化炉，其燃烧温度高达1 050℃,压力高达3 MPa，这就要求金属材料能耐高温氧化和具有高温强度等性能;用深冷法制氮的设备.则要求金属材料在-196℃时有冷韧性(即低温不脆)的特性;在氨合成塔中，氮和氢是在高温高怅下进行反应而合成氨，因而制造合成塔的材料，必须具有高温高压下抗氢氮腐蚀的特性。
大型氮肥厂的单机设备很大，如瓶式合成塔高达27 m，外径3.2 m,壁厚近200 mm,总质量有三百多吨，这种既重又大的设备，给制造、运输、安装造成很大困难，因而对制造这些大型设备的金属材料要求强度高，综合力学性能好，以减小设备的壁厚和自重，如果用碳素钢制造，无论怎样改善热处理工艺都无法达到良好的综合力学性能要求。至于高温抗氧化性、热强性、冷韧性、在高温高压下耐氢氮腐蚀的性能，碳素钢就更不具备了。为了解决上述问题，工程人员在碳素钢中加入除碳以外的一种或几种其他合金元素来改变钢的组织和性能，以满足工业上提出的各种要求。
近年来已经成功地生产了大量的各种类型的钢材，例如在40号钢中加入0. 80%-1.10%Cr，则这种铬钢在水中淬透的直径可以从40号钢的20 mm提高到45 mm。又如在低碳素钢中加入高于13%Cr，这种钢就具有不生锈的特殊性能。上述这些为改善钢的组织和性能而特意加入的元素，称为合金元素，含有合金元素的钢称为合金钢。由于合金元素的加入使钢的成本提高，因此合金钢只用于重要的、碳素钢不能满足其性能需要的工件上。
