传统合金钢材料中的铝、铬、钒及钼元素在渗氮过程中，与初生态的氮原子接触时，就能生成安定的氮化物，尤其是钼元素，不仅是生成氮化物元素，还能降低在渗氮时所产生的脆性。其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。一般而言，如果钢料中含有一种或多种的氮化物生成元素，渗氮后的效果比较良好。其中铝是最强的氮化物元素，含有0.85%～1.5%（质量分数）铝的渗氮结果最佳。如果有足够的铬含量，亦可得到很好的效果。没有含合金元素的碳素钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。
历史最久、国际上普遍采用的渗氮钢是38CrMoAlA。该种钢的特点是渗氮后可以得到最高的硬度，具有良好的淬透性，同时由于Mo的加入，抑制了第二类回火脆性。因此，要求表面硬度高，耐磨性好，又要求高的心部强度的渗氮零件，普遍采用38CrMoAlA。但是这种钢具有下列缺点：
在冶炼上易出现柱状断口，易沾污非金属夹杂物，在轧钢中易形成裂缝和发纹，有过热敏感性，热处理时，对化学成分的波动也极敏感。且该种钢易于脱碳，当铝含量偏高时，渗氮层表面容易出现脆性。(www.xing528.com)
为了克服含铝钢的缺点而发展了无铝渗氮钢。前苏联在下列机器零件上广泛采用无铝钢，例如机床制造业中的主轴、滚动轴承、丝杠，采用40Cr、40CrVA钢，套筒、镶钢导轨片、滚动丝杠副用40CrV、20CrWA、20Cr3MoWA。对工作在循环弯曲或接触载荷以及摩擦条件下的重载机器零件采用18Cr2Ni4WA、38CrNi3MoA、20CrMnNi2MoV、38CrNiMoVA、30Cr3Mo及38CrMnMo钢等。由于Cr、Mo、W、V等合金元素可强化渗氮层，而渗氮层表面不象含Al钢那样有脆性，因而发展了不同含量的以Cr、Mo为主的合金渗氮钢。这里，提高镍含量，降低碳含量，均是从提高心部韧性考虑出发的。
为了缩短气体渗氮过程，近年来发展了快速渗氮钢，基本原理是利用Ti、V等与氮亲和力强，氮化物不易集聚长大，可在较高温度渗氮，以加速渗氮过程。含钛渗氮钢在600℃渗氮时仍可得到900HV的硬度，而由于渗氮温度的提高，渗氮3～5h即可达到层深要求。
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