Verktygsstål är en typ av stål med mekaniska egenskaper som gör det till ett önskvärt material för verktyg. Verktygsstål är anmärkningsvärt för sin hårdhet, förmåga att hålla en vass egg eller motståndskraft mot nötningsskador och deformation. Det finns ett antal legerade och kolstål, vanligtvis tillverkade genom en produkt av värmebehandling och härdning, som är lämpliga som verktygsstål. Verktygsstål tillverkas i många olika kvaliteter och kan användas för att tillverka verktyg som pressformar, entreprenadutrustning och yxor. Förutom att tillverka verktyg används den även i andra applikationer som kräver material med verktygsståls mekaniska egenskaper.
De olika kvaliteterna av verktygsstål klassificeras ofta enligt ett system som kallas SAE stålsorter eller AISI/SAE stålsorter, skapade av Society of Automotive Engineers (nu SAE International) och American Iron and Steel Institute. Den kategoriserar varje typ av stål med en bokstav som anger dess egenskaper eller tillverkningsmetod, såsom W-grade för vattenhärdat stål eller S-grade för stöttåliga stål. Varje typ av stål inom dessa breda kategorier får sedan ett individuellt nummer som följer bokstaven.
Den vanligaste formen av verktygsstål är W-grade, en form av kolstål som är populär på grund av dess låga kostnad. Vissa typer av W-grade stål inkluderar också kisel, molybden eller mangan för att öka stålets seghet. Det kallas vattenhärdat eftersom vatten används under härdning, ett steg i tillverkningsprocessen för många stål där det uppvärmda stålet snabbt sänks i temperatur. Verktygsstål av W-grad är hårt, men tenderar att vara sprött och tål inte temperaturer över 302° C (150° F). W-grade verktygsstål används vanligtvis för att tillverka blad som t.ex. skärblad och rakhyvlar; maskindelar till maskiner som inte möter eller producerar höga temperaturer; och verktyg som hammare, borrar och mejslar.
Kvaliteterna A, O och D är stål framställda genom kallbearbetning, en process där stålet utsätts för mekanisk påfrestning tills det genomgår plastisk deformation, en permanent förändring i stålets mikrostruktur. Denna process ökar stålets draghållfasthet och hårdhet samtidigt som dess duktilitet sänks, och de resulterande formerna av stål används vanligtvis för ändamål som blad och verktygsmaskiner. O-klassat stål är oljehärdat medan A-klass är lufthärdat, metoder som ger mindre distorsion i stålet än vattenhärdning. Stål av D-kvalitet innehåller en stor mängd krom, som utgör 10 procent till 18 procent av legeringen. Förutom krom legeras stål av A-, O- och D-kvalitet ofta med andra metaller, inklusive mangan, volfram och vanadin, och med icke-metaller som svavel och fosfor.
H-klassat stål är varmbearbetande verktygsstål, skapat genom att orsaka plastisk deformation i stål genom långvarig exponering för höga temperaturer. Dessa stål har hög hållfasthet och hårdhet, men små förvrängningar från kylningsprocessen och termisk sammandragning gör dem mindre lämpade än kallbearbetade stål för applikationer med mycket snäva tekniska toleranser. Krom, volfram och molybden är vanliga legeringselement i stål av denna kvalitet.
T- och M-kvaliteterna är typer av snabbstål, som kännetecknas av sin förmåga att bibehålla hög hårdhet vid höga temperaturer. Denna egenskap gör den väl lämpad för användning i motordrivna skärverktyg och pressformar, där dess motståndskraft mot värmen som produceras av friktion gör att den kan arbeta i högre hastigheter än andra stål. Stål av T-kvalitet är uppkallat efter sin höga volframhalt, medan stål av M-kvalitet innehåller en hög mängd molybden. Ytterligare legeringselement som är vanliga i dessa stål inkluderar vanadin, krom och kobolt.
Stål av S-kvalitet är verktygsstål som utmärks av sin höga stöttålighet. De har mindre kol än andra stållegeringar, vilket minskar deras motståndskraft mot nötning men ökar deras seghet. Stål av S-kvalitet används i utrustning som hammare som måste kunna motstå kraftiga stötar.
Vissa kvaliteter av verktygsstål har mycket specialiserade egenskaper eller syften. F-grade stål är en typ av vattenhärdat stål, som W-grade stål, men har överlägsen slitstyrka. P-klassat stål, eller plastformstål, används i formsprutnings- och pressgjutmaskiner. L-grade, eller låglegerat specialstål, är en mycket tuff typ av stål som har lite legeringsmaterial och mycket hög järnhalt.