钢材合金元素与钢中碳的作用主要表现在是否易于形成碳化物.合金元素按照它们与碳的相互作用，可分为两大类：
1．非碳化物形成元素
非碳化物形成元素包括Ni、Si、Co、AL、Cu、N、P、S等。它们与碳不形成碳化物，但可固溶于Fe中形成固溶体，或者形成其它化合物，如氮可形成氮化物。
2．碳化物形成元素
碳化物形成元素包括Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr、Ti等。它们都是过渡族元素。碳化物是钢中主要的强化相，故做重点讨论。
a 形成碳化物的规律性
从周期表中的位置来看，碳化物形成元素(％、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Ti、W、Mo等)均位于Fe的左侧，而非碳化物形成元素(Ni、Si、Co、Al、Cu)等均处于周期表的右侧。本来Ni和Co也可形成独立的碳化物，但由于其稳定性很差(比Fe3C还小)，在钢中不会出现，故通常被当作非碳化物形成元素看待。Mn是碳化物形成元素，但Mn极易溶人渗碳体中，故钢中没有发现Mn的独立碳化物。
碳化物形成元素均有一个未填满的d电子层，当形成碳化物时，碳首先将其外层电子填入合金元素的d电子层，从而使形成的碳化物具有金属键结合的性质。因此，具有金属的特性。合金元素与Fe原子比较，d电子数量越少，形成碳化物的能力就愈强，即与碳的亲和力愈大，所形成的碳化物也就愈稳定。
按照碳化物形成元素所生成的碳化物稳定程度由强到弱的顺序，可将这些元素依次排列为： Zr、Nb、Ti、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe。
b 碳化物的特性
碳化物的硬度比固溶体基体要高得多，形成碳化物倾向性愈强的元素，其碳化物硬度也愈高。
碳化物是钢中最重要的强化相，其类型、数量、大小、形状及分布对钢的性能有很重要的影响。形成碳化物能力愈强的元素，其碳化物稳定性愈高。其碳化物稳定性由弱到强的顺序是：Fe3C、M23C6、M6C、MC。
碳化物的稳定性对于钢的热强性也很重要。稳定性高的碳化物具有高熔点、高分解温度，难于溶入固溶体，因而也难以聚集长大，可使钢在更高的温度下工作并保持其较高的强度和硬度。在达到相同硬度的条件下，碳化物稳定性高的钢可以在更高的温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。所以合金钢的综合性能比碳钢好904l 不锈钢棒。
合金元素与碳的相互作用关系到所形成碳化物的种类、性质和在钢中的分布，而所有这些都会直接影响到钢的性能。同时对钢的热处理亦有较大影响，如奥氏体(A)化温度和时间，A晶粒的长大等。其中强碳化物形成元素在加热时会阻止A晶粒的长大，起到细化晶粒的作用。