合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢。
①调质结构钢这类钢的含碳量一般约为0.25%～0.55%，对于既定截面尺寸的结构件，在调质处理（淬火加回火）时，如果沿截面淬透，则力学性能良好，如果淬不透，显微组织中出现有自由铁素体，则韧性下降。
对具有回火脆性倾向的钢如锰钢、铬钢、镍铬钢等，回火后应快冷。
这类钢的淬火临界直径，随晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn钢约为30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV钢则约为60～100mm，常用于制造承受较大载荷的轴、连杆等结构件。
②表面硬化结构钢用以制造表层坚硬耐磨而心部柔韧的零部件，如齿轮、轴等。
为使零件心部韧性高，钢中含碳量应低，一般在0.12～0.25%，同时还有适量的合金元素，以保证适宜的淬透性。
氮化钢还需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。
渗碳或碳氮共渗钢，经850～950℃渗碳或碳氮共渗后，淬火并在低温回火（约200℃）状态下使用。
氮化钢经氮化处理（480～580℃），直接使用，不再经淬火与回火处理。合金结构钢由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性－脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较大的机器零件。
