隨著科學技術和工業的發展，對材料提出了更高的要求，如更高的強度，鋼板抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：(1)淬透性低一般情況下，碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強度和屈強比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，鋼板而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43，鋼板遠低于合金鋼。(3)回火穩定性差由于回火穩定性差，碳鋼在進行調質處理時，為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、鋼板耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。

對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響擴大或縮小γ相區的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區, 且同樣Ni或Mn的含量較多時, 可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織(如1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳鋼等)， 而Cr、Ti、Si等超過一定含量時, 中厚鋼板可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織 (如1Cr17Ti高鉻鐵素體不銹鋼等)。對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響擴大γ相區的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下降, 縮小γ相區的元素則使其上升, 并都使共析反應在一個溫度范圍內進行。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低，即S點和E點左移, 強碳化物形成元素的作用尤為強烈。合金元素對鋼熱處理的影響合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中的組織轉變。1. 合金元素對加熱時相轉變的影響合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。(1)對奧氏體形成速度的影響：中厚鋼板 Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。(2)中厚鋼板對奧氏體晶粒大小的影響：大多數合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長大的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進晶粒長大的元素：Mn、P等。2. 中厚鋼板合金元素對過冷奧氏體分解轉變的影響除Co外, 幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩定性, 推遲珠光體類型組織的轉變, 使C曲線右移, 即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：中厚鋼板Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金元素, 中厚鋼板只有完全溶于奧氏體時, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 則碳化物會成為珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外, 兩種或多種合金元素的同時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個元素對淬透性的影響要強得多。除Co、Al外, 多數合金元素都使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用強, Si實際上無影響。Ms和Mf點的下降, 使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時,可進行冷處理(冷至Mf點以下), 以使其轉變為馬氏體； 或進行多次回火, 這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升, 并在冷卻過程中轉變為馬氏體或貝氏體(即發生所謂二次淬火)。3. 合金元素對回火轉變的影響(1)提高回火穩定性 合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變(即在較高溫度才開始分解和轉變)， 提高鐵素體的再結晶溫度, 使碳化物難以聚集長大，因此提高了鋼對回火軟化的抗力, 即提高了鋼的回火穩定性。提高回火穩定性作用較強的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。(2)產生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時, 硬度不是隨回火溫度升高而單調降低, 而是到某一溫度(約400℃)后反而開始增大, 并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。這是回火過程的二次硬化現象, 它與回火析出物的性質有關。當回火溫度低于450℃時, 鋼中析出滲碳體； 在450℃以上滲碳體溶解, 鋼中開始沉淀出彌散穩定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 稱為沉淀硬化。回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉變為馬氏體的二次淬火所也可導致二次硬化。