合金化的物理本质是通过元素的固溶和固态反应，影响组织和微结构，从而在不锈钢中获得期望的性能。而微合金化是指这些元素在钢中的含量很低，通常低于0.1%。但不同于不需要的残余元素，而是有目的加入，以改进钢材的性能。合理使用微合金化元素，可以通过形变热处理来提高钢的强度和韧性。了解这些微合金化元素的基本行为，如溶解性、碳氮化物的沉淀析出等行为是很重要的。310S不锈钢中实际可利用的微合金元素主要为铌、钒、钛、锆等。铌、钛、锆、钨等微合金元素在310S不锈钢中的存在形式主要有两种：固溶和化合物。其中，化合物又分为两种，一种是尺寸较大的未溶化合物，对细化晶粒作用不大；另一种是高温下抑制再结晶并阻止晶粒长大，低温时起弥散强化作用的，在加工过程中和冷却过程中弥散析出的细小化合物。

固溶态的微合金元素会以置换晶格某个铁原子的位置的形式造成晶格畸变，从而起到溶质拖曳作用。拖曳作用是指在钢中固溶的微合金元素阻止扩散控制过程。这种推迟作用随着这些元素的原子尺寸和铁原子尺寸之间的差别增加而越来越强烈。微合金元素原子易在位错线上偏聚，对位错攀移产生拖曳作用，使再结晶形核受到限制，延迟再结晶晶粒长大。

化合态的微合金元素可以起到钉扎晶界，阻碍位错运动的作用。晶界运动的驱动力大于杂质粒子对晶界的拖曳力时，晶界可挣脱杂质粒子而迁移。相反，晶界运动的驱动力较小情况下，晶界运动则完全受杂质粒子扩散速率的控制。当运动着的晶界遇到二相质点时，质点对晶界施加一个阻力，即产生一个反面的阻力，称之为钉扎力。