آلیاژ فولاد (به انگلیسی: Alloy steel) فولادی است که با عنصرهای گوناگون به صورت آلیاژ درآمده، برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد می‌توان از ۱٫۰ تا ۵۰٪ از وزن آن را آلیاژ کرد. آلیاژهای فولاد دو دسته‌اند: فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پُرآلیاژ. تفاوت میان این دو، می‌توان گفت، قراردادی است: اسمیت و هاشمی تفاوت این دو را در ۴٫۰٪ دانسته‌اند در حالی که گروه دگرمو آن را در ۸٫۰٪ می‌دانند.[۱][۲] در حالت کلی وقتی صحبت از «آلیاژ فولاد» می‌شود منظور فولاد کم‌آلیاژ است.
خود فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده ترین نوع فولاد که تقریبا می‌توان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن آلیاژ شده‌است (بسته به نوع فولاد از ۰٫۱٪ تا ۱٪). بنابراین منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد، کربن و دیگر عنصرها است. عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از: منگنز (پرکاربردترین)، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیسیم و بور. و عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیم.
از ترکیب عنصرهای بالا با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش، سخت شدگی و سختی در دمای بالا به گونهٔ درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید عملیات حرارتی روی فلز انجام شود.
ویژگی‌های یادشده در بالا در کاربردهای ویژه‌ای چون پرّه‌های توربین، موتور جت، فضاپیماها و رآکتورهای هسته‌ای بسیار مورد نیاز است. به دلیل ویژگی‌های فرومغناطیس آهن، بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می‌دهند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.محققان موفق به تولید فولاد فوق قدرتمندی شده‌اند که ظاهری شبیه به شیشه دارد و می‌تواند در محافظت ماهواره‌ها از سنگ‌های آسمانی، عملیات حفاری در تشکیلات صخره‌ای و یا پیکره‌تراشی از سنگ‌های بسیار سخت مورد استفاده قرار گیرد.بر اساس گفته محققان دانشگاه‌های کالیفرنیا، سن‌دیه‌گو و کالیفرنیای جنوبی که یافته‌های خود را به تازگی در مجله Nature Scientific Reports به چاپ رسانده‌اند، این آلیاژ فولادی جدید می‌تواند فشار بیش از 12.5 گیگاپاسکال (حدودا برابر با 125 هزار فشار اتمسفر) را بدون این که خراش بردارد تحمل کند.در مقایسه با این آلیاژ، محدوده فشار قابل تحمل فولاد زنگ نزن برابر با 0.2 گیگا پاسکال است در حالی که کاربید تنگستن که یک نوع سرامیک بسیار محکم است که درسلاح‌های نظامی به کار می‌رود، 4.5 گیگاپاسکال را تاب می‌آورد. تنها الماس سخت‌تر از این نوع فولاد است که در عمل کارایی برای ساخت سلاح‌های نظامی یا چیزهایی از این دست ندارد.این ماده حاوی عناصر اضافه است که در فولاد معمولی یافت نمی‌شود. به گفته محققان در این آلیاژ جدید بور، تنگستن و سیلیکون به کار رفته است و تمامی این عناصر باعث می‌شوند که ماده ساختار کریستالی خود را از دست داده و به یک فلز غیرمتبلور تبدیل شود.
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصیها
معمولا جداره داخلی کوره ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوشش ، مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصیها ، معمولا از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای می‌گیرد.بالای این ظرف ، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه ، چند ساعت طول می‌کشد. البته مقداری از آهن ، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده ، به کوره بلند باز می‌گردانند. به گفته محققان، این آلیاژ فولادی جدید می تواند فشاری برابر با 12.5 گیگاپاسکال را تاب بیاورد (که بیشتر از 1.8 میلیون psi، یا حدود 125 هزار اتمسفر می شود) آنهم بدون آنکه دفرمه شود و این بزرگترین رکورد ثبت شده برای حد خمش هر نوع آلیاژ فولادی تاکنون است. مهندسان USC برای انجام تست روی این آلیاژ، نمونه هایی از آنرا با صفحات مسی 34 میلی متری بمباران کردند که از تفنگ پودر دریایی با سرعت 804 الی 2092 کیلومتر بر ثانیه شلیک می شد. ماده ابداعی نیز در برخورد اول اندکی خمیده شد اما فوراً به حالت اولیه خود برگشت.