鋼經淬火后，其內部組織是不穩定的，在不同的回火溫度下，將發生不同的組織轉變，如馬氏體的分解，碳化物的析出、聚集和長大，殘留奧氏體的分解及α相的再結晶等，合金元素對這些轉變都會產生影響。

(1)提高淬火鋼的耐回火性  耐回火性是指淬火鋼在回火時，抵抗強度、硬度下降的能力。不同的鋼在相同溫度回火后，強度、硬度下降少的，其耐回火性較高。由于合金元素溶人馬氏體，使原子擴散速度減慢，因而在回火過程中馬氏體不易分解，碳化物不易析出，析出后也較難聚集長大，特別是強碳化物形成元素，使合金鋼在相同溫度回火后強度、硬度下降較少，即比碳素鋼具有更高的耐回火性。因此，在相同的回火溫度下合金鋼的硬度要比相同碳的質量分數的碳素鋼高，即合金鋼的耐回火性高。合金鋼耐回火性較高，一般是有利的。在達到相同硬度的情況下，合金鋼的回火溫度要比碳素鋼高，回火時間也應適當延長，可進一步消除殘留應力，因而合金鋼的塑性、韌性較碳素鋼好。

(2)回火時產生二次硬化現象  在含有碳化物形成元素鉻、鎢、鉬、釩、鈮、鈦等的合金鋼中，在500~600℃之間回火時，會從馬氏體中析出特殊碳化物，如Mo2C、W2C、VC等，這些碳化物呈高度彌散狀態，分布在馬氏體基體上，且與馬氏體保持共格關系，阻礙位錯運動使鋼的硬度不但不降低，反而有所回升，在硬度一回火溫度曲線上出現“二次硬化峰”，這種現象稱為二次硬化。某些高合金鋼淬火組織中殘留奧氏體量較多，且十分穩定，當加熱到500~600℃時仍不分解，僅是析出一些特殊碳化物，由于特殊碳化物的析出，使殘留奧氏體中碳及合金元素濃度降低，提高了Ms溫度，故在隨后冷卻時就會有部分殘留奧氏體轉變為馬氏體，使鋼的硬度提高。

(3)回火時產生第二類回火脆性  與碳素鋼一樣，合金鋼在回火時，其總的規律是隨著回火溫度的升高，沖擊韌度升高。但某些合金鋼淬火后在450~650℃范圍內回火后緩慢冷卻，會出現沖擊韌度下降的現象，如果在這一溫度范圍內回火后快速冷卻，則不出現上述情況。人們將這類回火脆性稱為第二類回火脆性.

第二類回火脆性的特點是：在脆性溫度范圍內回火后緩冷，才出現脆性。

第二類回火脆性的產生，一般認為與雜質及某些合金元素向晶界的偏聚有關。實踐證明，各類合金結構鋼都有第二類回火脆性的傾向，只是程度不同而已。目前減輕或消除第二類回火脆性的方法有：提高鋼的純度，降低雜質元素的含量；加入適量的鉬和鎢，可延緩雜質元素的偏聚；回火后快速冷卻。