高速工具鋼碳的質量分數為0.7%~1.65%，可以保證形成足夠的合金碳化物，淬火加熱時部分碳化物溶于奧氏體，保證了馬氏體的高硬度，另一部分未溶碳化物則可阻礙奧氏體晶粒長大。

高速工具鋼中加入的鎢、鋁、鉻、釩、鉆等合金元素，可提高淬透性、熱硬性及耐磨性。鎢是提高熱硬性的主要元素，它在高速工具鋼中形成很穩定的合金碳化物( Fe4W2C)，淬火后形成含有大量鎢（及其他合金元素）的馬氏體，提高了馬氏體的耐回火性；并且在560℃的回火過程中鎢又以彌散的特殊碳化物(W2C)析出，可造成二次硬化，使鋼具有高的熱硬性；未溶的合金碳化物Fe4W2C阻礙高溫下奧氏體晶粒的長大并提高鋼的耐磨牲。合金元素鉬的作用與鎢相同，用1%（質量分數）鉬可代替2%（質量分數）鎢。

鉻的作用是提高鋼的淬透性。在淬火加熱時，鉻幾乎全部固溶于奧氏體中，鉻還提高鋼的耐回火性，并在回火時析出鉻的碳化物，改善耐磨性。但含鉻太多會增加鋼中的殘留奧氏體量，降低鋼的硬度，因此各類高速工具鋼的鉻質量分數大多在4%左右。

釩是提高耐磨性和熱硬性的重要元素之一。釩在鋼中生成的碳化物很穩定，淬火加熱時少量溶入奧氏體中，而大部分以碳化物的形式保留下來。釩的碳化物硬度極高( 2010HV)，加之顆粒細小、分布均勻，對提高鋼的耐磨性有很大作用。