合金化的物理本質是通過元素的固溶和固態反應，影響組織和微結構，從而在不銹鋼中獲得期望的性能。而微合金化是指這些元素在鋼中的含量很低，通常低于0.1%。但不同于不需要的殘余元素，而是有目的加入，以改進鋼材的性能。合理使用微合金化元素，可以通過形變熱處理來提高鋼的強度和韌性。了解這些微合金化元素的基本行為，如溶解性、碳氮化物的沉淀析出等行為是很重要的。310S不銹鋼中實際可利用的微合金元素主要為鈮、釩、鈦、鋯等。鈮、鈦、鋯、鎢等微合金元素在310S不銹鋼中的存在形式主要有兩種：固溶和化合物。其中，化合物又分為兩種，一種是尺寸較大的未溶化合物，對細化晶粒作用不大；另一種是高溫下抑制再結晶并阻止晶粒長大，低溫時起彌散強化作用的，在加工過程中和冷卻過程中彌散析出的細小化合物。

固溶態的微合金元素會以置換晶格某個鐵原子的位置的形式造成晶格畸變，從而起到溶質拖曳作用。拖曳作用是指在鋼中固溶的微合金元素阻止擴散控制過程。這種推遲作用隨著這些元素的原子尺寸和鐵原子尺寸之間的差別增加而越來越強烈。微合金元素原子易在位錯線上偏聚，對位錯攀移產生拖曳作用，使再結晶形核受到限制，延遲再結晶晶粒長大。

化合態的微合金元素可以起到釘扎晶界，阻礙位錯運動的作用。晶界運動的驅動力大于雜質粒子對晶界的拖曳力時，晶界可掙脫雜質粒子而遷移。相反，晶界運動的驅動力較小情況下，晶界運動則完全受雜質粒子擴散速率的控制。當運動著的晶界遇到二相質點時，質點對晶界施加一個阻力，即產生一個反面的阻力，稱之為釘扎力。