熱作模具鋼中常選用中碳合金鋼，常見的合金元素有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、W、V等。它們的作用簡述如下^[5-7]。

碳：鋼中增加碳量^①將提高強度，對于熱作模具鋼來說，可提高高溫強度、熱態硬度和耐磨性。但碳量增加會導致其韌性的降低，使鋼的裂紋敏感性增大。一般熱作模具鋼碳的質量分數在0.35～0.6%之間。

熱作模具鋼中碳一部分進入鋼的基本，引起固溶強化；另外一部分將和合金元素中的碳化物形成元素結合成合金碳化物，淬回火后這種合金碳化物除部分殘留外，其他部分會在回火過程中從淬火馬氏體基體上彌散析出，產生兩次硬化現象。不同碳化物形成元素所表現出來的性能不同，主要取決于均勻分布的殘留合金碳化物、彌散分布的合金碳化物及回火馬氏體組織。

鉻：是熱作模具鋼中普遍采用的合金元素，能提高淬透性及耐回火性，改善鋼的沖擊韌度，并有得提高耐磨性、高溫強度、熱態強度、抗氧化能力和耐蝕性。

鉻一部分溶入基體中起固溶強化作用，另一部分可與碳結合形成鉻碳化物，按含鉻量的高低，分別雙（FeCr）₃C、（FeCr）₇C₃和Cr₂₃C₆形式出現。鉻的碳化物一般開始溶入奧氏體的溫度不高（約900～950℃）。鉻的質量分數w_cr＞6%鋼淬火后，在550℃回火后會出現兩次硬化現象。

錳：商業用鋼含一定量的錳以消除硫的有害影響，改善鋼的熱加工性能。錳具有固熔強化作用，溶入奧氏體中能強烈地提高鋼的淬透性，同時可強烈下降Ms點，并使Ac1、Ac3、Ar1、Ar3降低，增加過熱敏感性，另外，也容易引起回火脆性。

錳有提高鋼韌性的作用（但經鎳小）。錳是弱碳化物形成元素，形成（FeMn）₃C碳化物。

鎳：顯著提高熱鍛模具鋼的韌性（沖擊韌度），和鉻共同作用大大提高鋼的淬透性，使Ms點降低，對殘留奧氏體有穩定作用。

硅：是不形成碳化物而幾乎全部溶于基體中的合金元素，硅能提高鋼的強度（尤其是顯著提高鐵素體的屈服強度）、耐回火性（阻止馬氏體的第二階段分解和滲碳體的聚集）和耐疲勞性。

硅還能提高鋼的臨界點，從而提高淬火溫度。隨硅含量的增加，脫碳敏感性加大，退火硬度增高，易使鋼呈現帶狀組織，縱橫性能差距大。另外，當w_si＞1%時，會增加回火脆性，降低沖擊韌度。

鉬：能有效細化晶粒，減少過熱傾向，提高耐回火性和大大減弱鋼的回火脆性。鉬明顯推遲珠光體轉變，但對貝氏體轉變的影響不大。

鉬是中等強度的碳化物形成元素，使鋼具有顯著的二次硬化作用（一般要求w_Mo＜1.0%），提高鋼的高溫強度和熱穩定性。但鉬縮小淬火溫度范圍，容易引起氧化脫碳。

鎢：提高鋼的高溫強度和熱穩定性，回火時有產生二次硬化的作用。鎢能升高鐵素體向奧氏體的轉變溫度，增加固溶體抗塑性變形的能力，使鋼在620℃以下溫度還保持紅硬性，并提高耐磨性。

鎢是中等強度的碳化物形成元素。鎢、鉬碳化物溶入奧氏體的溫度約1150～1300℃。鎢有降低鋼的熱導率并增加磨裂傾向。

釩：是強碳化物形成元素，可以提高鋼的強度、硬度，降低鋼的過熱敏感性，能有效細人晶粒（w_v=0.05%就有作用），提高鋼的耐回火性和增強二次硬化效應。