Легирование высокопрочных сталей
Низколегированные высокопрочные стали
Эти стали находят применение для изготовления деталей невысокой ответственности не испытывающих динамических нагрузок: тяги, крепеж, оси, пальцы и др. они используются в мартенситном состоянии. Но мартенсит, являясь пересыщенным твердым раствором углерода в a-железе, обладает рядом существенных недостатков: низкой коррозионной стойкостью, высокой чувствительностью к наличию концентраторов напряжений, низкой ударной вязкостью, склонностью к водородному охрупчиванию, проявлению эффекта П. А. Ребиндера при работе в жидких средах и др. По этим причинам они не находят широкого распространения. Однако применение высокопрочных сталей позволяет снизить металлоемкость конструкций, что приводит не только к снижению расхода материалов, но и позволяет сократить расход энергии при эксплуатации оборудования.
Прочность мартенсита прежде всего зависит от содержания в нем углерода. Однако конструкционная прочность стали определяется не только 
в, но и склонностью стали к хрупкому разрушению. Увеличение концентрации углерода повышает хрупкость стали. Поэтому предельное содержание углерода в этих сталях не должно превышать 0,4 %, что позволяет достичь значений в порядка 1900...2100 МПа.
Кроме этого, хрупкость стали в закаленном состоянии во многом зависит от способа выплавки (содержания примесей и неметаллических включений), концентрации других легирующих элементов, состояния поверхности детали, состава среды, в которой эксплуатируется деталь, конфигурации детали и других факторов.
Фосфор, сера и другие скрытые примеси охрупчивают мартенсит. Неметаллические включения и грубые карбиды являются концентраторами напряжений и отрицательно влияют на свойства мартенсита. Ni, Mn и Cr повышают вязкость мартенсита и снижают чувствительность стали к наличию концентраторов напряжений. Важное значение имеют размеры мартенситных кристаллов, которые определяются размером аустенитного зерна, полученного при нагреве в процессе закалки. Отрицательно сказывается наличие в структуре остаточного аустенита, который не претерпевает превращений при низком отпуске.
Основными принципами легирования высокопрочных сталей являются следующие:
1. Высокопрочные стали должны иметь в своем составе минимальное содержание углерода, обеспечивающего необходимую прочность. Для прочности 
1650...1850 МПа достаточно ~ 0,25...0,30 % С, а для 1900...2100 МПа – ~ 0,4 % С.
2. Хром добавляют до 2 % для увеличения прокаливаемости и повышения прочности.
3. Благоприятно на вязкость стали влияют Ni и Сr. Никель с хромом значительно увеличивают прокаливаемость. Содержание никеля может быть до 4 %. Иногда 1 % Ni заменяют одним процентом Mn. Увеличение содержания марганца нежелательно, так как он увеличивает содержание остаточного аустенита в закаленной стали.
4. Вводят ~ 1 % Si. Кремний, сдвигая отпускную хрупкость первого рода в область более высоких температур и тем самым позволяет отпускать сталь при 220...250 оС. при этих температурах интенсивнее протекает релаксация внутренних напряжений.
5. Элементы Mo, W, Nb и V вводят для измельчения и предупреждения роста аустенитного зерна. Стали с этими элементами менее чувствительны к перегреву.
6. Лучшие результаты дает изотермическая закалка на необходимую прочность, а не на мартенсит. В этом случае прочность можно регулировать подбором температуры изотермической выдержки.