鋼在加熱、冷卻時所發生的相變與原子擴散速度有關。合金鋼中存在的合金元素會對原子的擴散速度產生影響。碳化物形成元素使碳的擴散速度減慢，碳化物形成元素不易析出，析出后也較難聚集長大。非碳化物形成元素（除硅外）則有增大碳擴散速度的作用。合金元素都能增大鐵原子間的結合力，使鐵的擴散速度下降。

合金元素在固溶體中的擴散速度也比碳的擴散速度低得多。因此，在其他條件相同時，合金鋼擴散型的相變過程比碳素鋼緩慢，熱處理時應引起注意。

(1)合金元素對奧氏體形成速度的影響

合金鋼在加熱時，合金元素會改變碳的擴散速度，影響奧氏體的形成速度。除鎳、鈷外，大多數合金元素減緩鋼的奧氏體化過程。碳化物形成元素鉻、鎢、鉬、釩、鈦等，由于與碳有較強的親和力，顯著減慢了碳在奧氏體中的擴散速度，因而使奧氏體形成速度減慢；部分非碳化物形成元素或弱碳化物形成元素（如硅、鋁、錳等），對碳在奧氏體中的擴散速度影響不大，故對奧氏體的形成速度影響也不大。

(2)合金元素對奧氏體化溫度的影響

為了充分發揮合金元素在鋼中的作用，必須使合金元素更多地溶入奧氏體中。但是合金鋼中的碳化物要比碳素鋼中的滲碳體穩定，要使這些碳化物分解，并通過擴散均勻地分布于奧氏體中，往往需要將合金鋼加熱到更高的溫度并保溫更長的時間。尤其是含有大量強碳化物形成元素的高合金鋼，其奧氏體化溫度往往要超過相變點數百度，才能保證奧氏體化過程的充分進行。

(3)合金元素對奧氏體晶粒大小的影響

除錳以外，大多數合金元素都不同程度地阻礙奧氏體晶粒長大，特別是強碳化物形成元素如鈦、釩、鈮等作用更顯著。它們形成的特殊碳化物在高溫下比較穩定，且以彌散質點的形式分布在奧氏體晶界上，起到了阻礙奧氏體晶粒長大的作用，所以合金鋼熱處理后具有比相同碳的質量分數的碳素鋼更細小、更均勻的晶粒，從而有效提高了鋼的強度和韌性。除錳鋼外，合金鋼在加熱時不易過熱，這樣有利于在淬火后獲得細小的馬氏體組織，也有利于適當提高淬火加熱溫度，使奧氏體中溶入更多的合金元素，以提高淬透性及鋼的力學性能，同時也可減小淬火時變形與開裂的傾向。