鈮是強碳化物形成元素，形成碳化物的驅動力很大，比其他元素的碳化物更穩定，成分范圍也很小。鈮是細化晶粒的重要元素，對奧氏體細化和再結晶組織的細化作用是其在微合金化鋼中得以廣泛應用的重要原因。鈮在高溫有很強的固溶強化作用，鐵素體不銹鋼在950℃的強度與固溶鈮含量成正比。

由于NbC的晶格常數（0.447mm）比VN晶格常數（0.415nm）及VC的晶格常數（0.416nm左右）都要大，因而鈮的沉淀強化效果較大。在鍛造前加熱時，如果能夠嚴格控制一定數量的鈮不溶解，以Nb（CN）質點的形式存在，可起到細化奧氏體晶粒的作用。

通過應變誘導析出的鈮的碳氮化物沉淀在晶界和位錯上，起釘軋作用，從而阻止了再結晶和位錯的運動，抑制再結晶過程的進行。在鈮、釩、鈦元素中，鈮阻止奧氏體回復、再結晶的作用最強烈，鈦次之。在高溫奧氏體區，鈮以固溶原子的拖曳作用為主，固溶鈮阻止形變奧氏體再結晶的效果最顯著。在較低溫度的奧氏體區，以應變誘導析出和未溶的Nb（CN）粒子對晶界的釘扎作用為主。

鈮-釩復合加入時，其強度比單獨加鈮的高。同時可使奧氏體晶粒進一步細化，使冷卻后的鐵素體晶粒更細小，有利于韌性的改善。生成的復合化合物（NbV）CN比鈮和釩各自的碳氮化物更細小，而且析出溫度更寬，從而更能有效地阻止奧氏體晶粒長大的再結晶過程，最終同時提高強度和韌性。