合金元素加入钢中，其主要的存在形式有两种：溶于固溶体或者形成碳化物。碳钢在平衡状态下的基本组成相是铁素体和渗碳体，合金元素的加入将使这两种基本相发生变化。

①合金元素与铁的作用——溶于固溶体，产生固溶强化　凡是溶入铁素体的合金元素均起固溶强化作用，即使钢的强度和硬度提高、韧性降低。固溶强化的效果取决于铁素体点阵畸变的程度。图7-4（a）和图7-4（b）所示为几种合金元素对铁素体的硬度和韧性的影响。由图可见，Si、Mn显著提高铁素体的硬度，当 w （Si）<0.6%、 w （Mn）<1.5%时，对韧性的影响不大，超过此值时则韧性有下降的趋势。Cr、Ni这两种元素，在适当的含量范围内[ w （Cr）<1%、 w （Ni）<3%]，不但提高铁素体的硬度，而且能提高其韧性。为此，在合金结构钢中，为了获得良好的强化效果，常加入一定量的Cr、Ni、Si、Mn等合金元素。

②合金元素与碳的作用——形成合金碳化物　合金元素在钢中通常以下列形式存在：以溶质的形式溶入铁素体、奥氏体和马氏体中；形成强化相，如合金渗碳体、特殊碳化物或金属间化合物等；形成非金属夹杂物，如氧化物、氮化物和硫化物等；以纯金属相存在，如Pb、Cu等，既不溶于铁，也不形成化合物，而是在钢中以游离状态存在。

在钢中能形成碳化物的元素，如Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等（按照与碳的亲和力由弱到强，依次排列）称之为碳化物形成元素。其中大多数合金元素与碳形成合金碳化物。根据合金元素与碳亲和力的大小不同，可将碳化物形成元素分为强碳化物形成元素、中碳化物形成元素和弱碳化物形成元素。

铌、钛、钒等元素，它们在钢中形成强碳化物，这类碳化物熔点高、硬度高和稳定性高，与其他碳化物相比，在热处理时很难溶于奥氏体，回火到较高温度时才能从马氏体中析出，难以聚集长大。当以均匀细小的颗粒弥散分布在固溶体基体上时，则有弥散强化作用，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而不降低韧性。如高速工具钢制作刃具，经合理热处理后具有高硬度、高的耐磨性和热硬性。

铬、钨、钼等是中碳化物形成元素，在钢中其含量较低时，一般形成稳定性较差的合金渗碳体。当其含量较高时，则形成稳定性较高的合金碳合物。

锰是弱碳化物形成元素，溶于渗碳体中形成合金渗碳体，其稳定性和性能与渗碳体Fe ₃ C差不多。

在碳化物中，渗碳体的稳定性是最差的。合金元素的加入使碳化物的稳定性提高。合金渗碳体的晶体结构与渗碳体相同，但由于溶入了合金元素，增加了Fe原子与C原子之间的亲和力，从而使其稳定性显著提高。与C亲和力强的合金元素形成的特殊碳化物的稳定性最好，它们都具有高熔点、高稳定性、高硬度、高耐磨性和不易分解等特点，使合金钢具有了高温下的性能及某些特殊的性能。

由此可见，合金元素的加入，将会不同程度地改变碳钢基本相的性质及其组成，对钢的力学性能和工艺性能都将产生很大影响。