เหล็กเป็นโลหะผสมซึ่งประกอบด้วยเหล็กเป็นส่วนใหญ่นอกเหนือจากคาร์บอนในปริมาณเล็กน้อยขึ้นอยู่กับเกรดและคุณภาพของเหล็ก โลหะผสมเหล็กเป็นเหล็กชนิดใด ๆ ที่มีองค์ประกอบอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบนอกเหนือจากคาร์บอนได้รับการเพิ่มเข้าไปโดยเจตนาเพื่อสร้างคุณสมบัติหรือคุณสมบัติทางกายภาพที่ต้องการ องค์ประกอบทั่วไปที่เพิ่มเข้ามาเพื่อทำเหล็กอัลลอยด์คือโมลิบดีนัม, แมงกานีส, นิกเกิล, ซิลิคอน, โบรอน, โครเมียมและวาเนเดียม
โลหะผสมเหล็กมักถูกแบ่งย่อยออกเป็นสองกลุ่ม: เหล็กโลหะผสมสูงและเหล็กโลหะผสมต่ำ ความแตกต่างระหว่างสองถูกกำหนดโดยพลค่อนข้าง อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่ยอมรับว่าเหล็กใด ๆ ที่ถูกผสมด้วยมากกว่าแปดเปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ นอกเหนือจากเหล็กและคาร์บอนเป็นเหล็กโลหะผสมสูง เหล็กโลหะผสมต่ำเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเล็กน้อย คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กเหล่านี้มีการแก้ไขโดยองค์ประกอบอื่น ๆ เพื่อให้พวกเขามีความแข็งมากขึ้นความทนทานความทนทานต่อการกัดกร่อนหรือความเหนียวเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอน เพื่อให้ได้คุณสมบัติดังกล่าวโลหะผสมเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการชุบแข็ง
หากระดับคาร์บอนในเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำอยู่ในระดับปานกลางถึงสูงอาจเป็นเรื่องยากที่จะเชื่อม หากปริมาณคาร์บอนลดลงไปอยู่ในช่วง 0.1% ถึง 0.3% และบางส่วนขององค์ประกอบการผสมจะลดลงเหล็กกล้าสามารถบรรลุความสามารถในการเชื่อมและขึ้นรูปได้มากขึ้นในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแกร่งของเหล็กที่เป็นที่รู้จัก โลหะประเภทนี้จัดอยู่ในประเภทเหล็กอัลลอยที่มีความแข็งแรงสูง
บางทีโลหะผสมเหล็กที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือเหล็กกล้าไร้สนิม นี่คือโลหะผสมเหล็กที่มีเนื้อหาโครเมียมขั้นต่ำ 10% สแตนเลสสามารถทนต่อคราบการกัดกร่อนและการเกิดสนิมได้ดีกว่าเหล็กธรรมดา มันถูกค้นพบในปี 1913 โดย Harry Brearley แห่งเชฟฟิลด์ประเทศอังกฤษ แต่การค้นพบนี้ไม่ได้ประกาศไปทั่วโลกจนถึงปี 1915 สแตนเลสสตีลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารเครื่องประดับวงนาฬิกาเครื่องมือผ่าตัด ความมันวาวที่คุ้นเคยนั้นได้รับการจัดสรรสำหรับการออกแบบสถาปัตยกรรมที่มีชื่อเสียงหลายแห่งเช่น Gateway Arch ในเซนต์หลุยส์มิสซูรีและจุดสุดยอดของอาคารไครสเลอร์ในนิวยอร์กซิตี้
ในโลหะผสมเหล็กทุกประเภทองค์ประกอบการผสมมีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นคาร์ไบด์หรือสารประกอบแทนที่จะผสมกันอย่างสม่ำเสมอด้วยเหล็กและคาร์บอน นิกเกิลอลูมิเนียมและซิลิกอนเป็นตัวอย่างขององค์ประกอบที่ก่อตัวสารประกอบในเหล็ก ทังสเตนและวานาเดียมจะรวมตัวเป็นคาร์ไบด์ซึ่งทั้งสองอย่างจะเพิ่มความแข็งและความเสถียรของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
