为使淬火后获得细晶马氏体，加入钒是最有效的元素。钒是强碳化物形成元素，与碳的结合力极强，形成稳定的VC，是典型的高熔点、高硬度、高弥散度碳化物，是强烈提高耐磨性的元素。无论在回火过程中析出，还是在其他阶段形成VC的质点都是车小弥散的，这种弥散的碳化物质点是造成二次硬化的主要原因。钒的这个作用经钨还要强。由于细化了晶粒，使低温回火后的抗弯强度明显提高。钒能克服磷在钢中引起的冷脆和严重恶化的焊接性能。在调质钢中钒主要作为细化晶粒和提高回火抗力的元素，加入量约≤0.3%。在高速钢中钒是保证热硬性的主要元素之一。钒与钨共同造成高速钢的热硬性，但二者不能互相替代，原因是钒的弥散硬化作用经钨强，但是钨的提高基体合金度并提高回火稳定性的作用是钒所不能替代的。高速钢中含钒量增加对改变钢中碳化物的组成有显著的影响。钒是提高工具钢耐磨性最有效的元素，钒虽然有很强的沉淀强化作用，但由于含量过多使加工性能明显恶化，所以在冷模具钢中加入量一般不超过1%。

钛-钒复合加入时，为发挥钒的析出强化作用，钛量不宜过高。钛的含量过高时，还将降低其韧性。铌-钒复合加入时，其强度比单独加入Nb的高。同时可使奥氏体晶粒进一步细化，使冷却后的铁素体晶粒更细小，有利于专长的改善。研究指出，铌-钒复合加入时，部分钒结合成（NbV）CN，使V（CN）的析出强化作用比只含钒钢的小。但是，复合化合物（NbV）CN比Nb和钒各自的碳氮化物更细小，而且析出温度更宽，从而更能有效地阻止奥氏体晶粒长大和再结晶过程，最终同时提高强度和韧性。