Stal do ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego. Stopowa stal maszynowa jest głównie stosowana do wyrobu małych i średnich rozmiarów części maszyn oraz pojazdów, jeżeli wymagane granice plastycznoćci, wytrzymałości i ciągliwość są zbyt duże, by używać stali niestopowej o mikrostrukturze ferrytyczno-perlitycznej.
Stal manganowa 30G2 i 45G2 ma większą hartowność niż stal niestopowa o podobnej zawartości węgla i dlatego efekty ulepszania są wyraźne, nawet w przekrojach do 30 mm, a więc większych od krytycznych dla stali niestopowej. Jest ona stosowana również w stanie normalizowanym, ponieważ zwiększona zawartość manganu umożliwia i w tym stanie osiągnięcie wyraźnie wyższych wartości Re i Rm niż w stali niestopowej.
Stal manganowo-krzemowa 35SG stanowi materiał pozwalający uzyskać dobre właściwości w małych i średnich przekrojach. Ponadto krzem rozpuszczony w ferrycie utwardza go, dzięki czemu zarówno po ulepszaniu cieplnym, jak i w stanie normalizowanym stal wykazuje większą odporność na ścieranie. Z tego powodu stal ta jest używana do wyrobu dużych kół zębatych (w stanie normalizowanym).
Stal chromowa od 30H do 50H jest stalą o większej hartowności, stosowaną do wyrobu elementów o średnicy do ok. 100 mm, które nie wymagają hartowania wskroś. Jeżeli jednak jest to konieczne, to największy wymiar elementu określa średnica krytyczna dla danych warunków hartowania. Stal 30HGS o jeszcze większej hartowności jest używana w stanie hartowanym i odpuszczonym w temperaturze nie wyższej niż 500°C ze względu na kruchość odpuszczania. Dobre wyniki uzyskuje się stosując hartowanie tej stali z przemianą izoter-miczną.
Stal chromowo-molibdenowa od 25HM do 40HM ma większą hartowność od stali chromowej, dzięki zawartości molibdenu. Ze względu na jego zawartość należy, w celu uzyskania tej samej twardości, stosować wyższą temperaturę odpuszczania, co zapewnia lepszą ciągliwość. Stal ta jest niewrażliwa na kruchość odpuszczania.
Stal 40H2MF dzięki dużej zawartości chromu i molibdenu oraz dodatkowi wanadu odznacza się bardzo dużą hartownością, co pozwala uzyskać duże wartości Rm i R, przy dobrej ciągliwości w dużych przekrojach.
Stal chromowo-niklowo-molibdenowa (od 37HGNM do 30H2N2M) stanowi zespół gatunków o największej hartowności, która zależy od zawartości składników stopowych: chromu, niklu i molibdenu. Średnice krytyczne zwiększają się podczas hartowania w oleju od 50 mm dla 37HGNM do 250 mm dla 30H2N2M. W takich przekrojach można więc uzyskiwać równomierne właściwości wytrzymałościowe, połączone z dobrą ciągliwością, Te gatunki stali są stosowane przede wszystkim do wyrobu dużych części maszyn i konstrukcji pracujących w najtrudniejszych warunkach.
Stal do utwardzania powierzchniowego. Podstawowymi metodami utwardzania powierzchniowego są nawęglanie i azotowanie. W celu zapewnienia dobrej ciągliwości rdzenia w stanie hartowanym i nisko odpuszczonym stal do nawęglania zawiera nie więcej niż 0,25% węgla.W celu polepszenia właściwości technologicznych i użytkowych zawiera wiele pierwiastków stopowych. Pierwiastki te zwiększają przede wszystkim hartowność, a tym samym umożliwiają zahartowanie i uzyskanie dużej wytrzymałości rdzenia. Większa zawartość chromu opóźnia dyfuzję węgla, a wskutek obniżenia aktywności węgla w austenicie i cementycie powoduje jego dużą koncentrację w warstwie i ostre przejście do rdzenia. Stal chromowa i chromowo-manganowa (15H, 20H, 14HG, 20HG) jest stosowana do wyrobu niedużych elementów, od których jest wymagana jedynie duża odporność na ścieranie warstwy nawęglonej, jak: wały noskowe, rolki, sworznie, wrzeciona i inne. Stal 18HGT stosuje się do wyrobu silnie obciążonych kół zębatych, wałków i innych części o średnicy do 150 mm, od których jest wymagana duża wytrzymałość rdzenia.
Stal do azotowania. Stal stopowa do azotowania dzięki odpowiedniej zawartości pierwiastków stopowych pozwala na uzyskanie twardej, odpornej na ścieranie powierzchni. Zawartość węgla (C = 0,38%) jest tak dobrana, aby po ulepszeniu cieplnym uzyskać dużą wytrzymałość rdzenia. Ponieważ azotowanie prowadzi się w temperaturze ok. 500°C, stal zawiera 0,15-0,25% molibdenu w celu usunięcia wrażliwości na kruchość odpuszczania. Dużą twardość warstwy dyfuzyjnej 1000-1200 HV uzyskuje się na skutek obecności aluminium tworzącegonajtwardsze azotki.
Stal sprężynowa Do wyrobu sprężyn l resorów używa się stali niestopowej i stopowej o zawartości węgla 0,35-0,90%. Jako składniki stopowe stosuje się krzem, mangan, chrom i wanad (tab. 3). Rola pierwiastków stopowych sprowadza się przede wszystkim do zapewnienia niezbędnej hartowności i wysokiej granicy sprężystości. Wymagane właściwości mechaniczne uzyskuje się stosując hartowanie i odpuszczanie. Dla większości gatunków temperatura odpuszczania wynosi 400-480°C; gatunki zawierające chrom odpuszcza się w temperaturze ok. 500°C. Jako typowe zastosowanie można wymienić: resory wagonów kolejowych - 50S2, resory tramwajów i samochodów ciężarowych - 60S2, drążki skrętne i resory samochodów osobowych - 50HSA, 50HFA, sprężyny zaworów -65G. Sprężyny i resory pracują przede wszystkim na zmęczenie. Dlatego znaczący wpływ na ich trwałość wywiera stan powierzchni. Nie dopuszcza się pęknięć w warstwie powierzchniowej, odwęglenia i zubożenia węgla. W celu wprowadzenia do tej warstwy naprężeń ściskających często się stosuje obróbkę mechaniczną - np. śrutowanie.
Stal łożyskowa. Części łożysk tocznych powinny się odznaczać dużą twardością, odpornością na ścieranie, zginanie i skręcanie oraz dużą wytrzymałością zmęczeniową w warunkach zmęczenia kontaktowego. Stąd też stali do wyrobu łożysk stawia się duże wymagania co do czystości, mikrostruktury, twardości oraz hartowności. Wtrącenia niemetaliczne, a przede wszystkim kruche tlenki oraz siarczki zmniejszają wytrzymałość zmęczeniową Dlatego często stosuje się przetapianie elektrozuzlowe tej stali.
Duże wymagania co do mikrostruktury stawia się półwyrobom hutniczym, przeznaczonym do produkcji elementów łożysk tocznych. Sferoidyt składający się z dyspersyjnych, równomiernie rozmieszczonych węglików w osnowie fer-rytycznej umożliwia obróbkę tej stali na automatach kuźniczych oraz pozwala uzyskać po ich obróbce dobre i powtarzalne właściwości mechaniczne. Pasmowa segregacja oraz siatka węglików, a także perlit pasemkowy są niepożądane i dyskwalifikują wyroby ze względu na ich ujemny wpływ na właściwości łożysk.
Stal do azotowania. Stal stopowa do azotowania dzięki odpowiedniej zawartości pierwiastków stopowych pozwala na uzyskanie twardej, odpornej na ścieranie powierzchni. Zawartość węgla (C = 0,38%) jest tak dobrana, aby po ulepszeniu cieplnym uzyskać dużą wytrzymałość rdzenia. Ponieważ azotowanie prowadzi się w temperaturze ok. 500°C, stal zawiera 0,15-0,25% molibdenu w celu usunięcia wrażliwości na kruchość odpuszczania. Dużą twardość warstwy dyfuzyjnej 1000-1200 HV uzyskuje się na skutek obecności aluminium tworzącegonajtwardsze azotki.