改變鋼性能的第三種方法是加入碳以外的合金材料，這種元素產(chǎn)生的特性是普通碳鋼所不能達(dá)到的。用于合金化鋼的大約20種元素中的每一種都對(duì)微觀組織和微觀結(jié)構(gòu)變化時(shí)的溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度有不同的影響。它們改變鐵素體和奧氏體之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，改變?nèi)芤汉蛿U(kuò)散速率，并與其他元素競(jìng)爭(zhēng)形成金屬間化合物，如碳化物和氮化物。關(guān)于合金化如何影響熱處理?xiàng)l件、微觀結(jié)構(gòu)和性能，有大量的經(jīng)驗(yàn)資料。此外，在計(jì)算機(jī)的幫助下，對(duì)原理有很好的理論理解，使工程師能夠預(yù)測(cè)鋼的微觀結(jié)構(gòu)和性能時(shí)，合金化，熱軋，熱處理，和冷成型的任何方式。

合金化效果的一個(gè)很好的例子是制造具有良好焊接性的高強(qiáng)度鋼。這不能僅用碳作為增強(qiáng)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樘紩?huì)在焊縫周?chē)纬纱嘈詤^(qū)域，但可以通過(guò)保持低碳并添加少量其他增強(qiáng)元素來(lái)實(shí)現(xiàn)，如鎳或錳。原則上，金屬的強(qiáng)化是通過(guò)增加晶格結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。位錯(cuò)是使金屬得以形成的晶體晶格中的缺陷。當(dāng)像鎳這樣的元素被保存在鐵氧體的固溶中，它們的原子就會(huì)嵌入鐵晶格中，阻礙位錯(cuò)的移動(dòng)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為溶液硬化。

合金材料更大強(qiáng)度的增加是通過(guò)沉淀硬化,其中某些元素(如鈦、鈮、釩)不呆在固溶體在鐵素體鋼冷卻而形成精細(xì)分散,極其微小的硬質(zhì)合金或氮化硅晶體,也有效地限制流動(dòng)的混亂。此外，這些強(qiáng)碳化物或氮化物形成物中的大部分顆粒較小，這是因?yàn)樗鼈兊奈龀鑫镌诶鋮s金屬的再結(jié)晶過(guò)程中具有成核效應(yīng)并減緩晶體生長(zhǎng)。生產(chǎn)小晶粒是加強(qiáng)鋼的另一種方法，因?yàn)榫Я＿吔缫惨种屏宋诲e(cuò)的流動(dòng)。

合金材料對(duì)熱處理有很強(qiáng)的影響，因?yàn)樗鼈儍A向于減緩原子在鐵晶格中的擴(kuò)散，從而延緩?fù)匦赞D(zhuǎn)變。這意味著，例如，通常通過(guò)快速淬火產(chǎn)生的極硬馬氏體，可以在較低的冷卻速率下產(chǎn)生。這導(dǎo)致更少的內(nèi)應(yīng)力，最重要的是，一個(gè)更深的硬化區(qū)在工件。加入錳、鉬、鉻、鎳和硼等元素可提高合金材料的淬透性。這些合金劑也允許在更高的溫度下回火，從而在相同的硬度和強(qiáng)度下產(chǎn)生更好的延展性。