高速工具钢碳的质量分数为0.7%~1.65%，可以保证形成足够的合金碳化物，淬火加热时部分碳化物溶于奥氏体，保证了马氏体的高硬度，另一部分未溶碳化物则可阻碍奥氏体晶粒长大。

高速工具钢中加入的钨、铝、铬、钒、钻等合金元素，可提高淬透性、热硬性及耐磨性。钨是提高热硬性的主要元素，它在高速工具钢中形成很稳定的合金碳化物( Fe4W2C)，淬火后形成含有大量钨（及其他合金元素）的马氏体，提高了马氏体的耐回火性；并且在560℃的回火过程中钨又以弥散的特殊碳化物(W2C)析出，可造成二次硬化，使钢具有高的热硬性；未溶的合金碳化物Fe4W2C阻碍高温下奥氏体晶粒的长大并提高钢的耐磨牲。合金元素钼的作用与钨相同，用1%（质量分数）钼可代替2%（质量分数）钨。

铬的作用是提高钢的淬透性。在淬火加热时，铬几乎全部固溶于奥氏体中，铬还提高钢的耐回火性，并在回火时析出铬的碳化物，改善耐磨性。但含铬太多会增加钢中的残留奥氏体量，降低钢的硬度，因此各类高速工具钢的铬质量分数大多在4%左右。

钒是提高耐磨性和热硬性的重要元素之一。钒在钢中生成的碳化物很稳定，淬火加热时少量溶入奥氏体中，而大部分以碳化物的形式保留下来。钒的碳化物硬度极高( 2010HV)，加之颗粒细小、分布均匀，对提高钢的耐磨性有很大作用。