由于马氏体时效钢不是靠碳的过饱和固溶或碳化物沉淀，而是靠某些合金元素在时效时产生金属间化合物析出而强化的，因此，钢中的碳，与硫，磷一样，为有害杂质元素。要求碳含量愈低愈好，一般不应超过0.03%(对于重要用途，应低于0.01%)。钢中主要合金元素为镍，钴，钼，钛，
铬和锰在马氏体时效钢中可用来部分代替镍和钴，在近期发展的无钴钢种中还用钨代钼或用钒代钴。硅为杂质元素，其含量不应超过0.1%。铝一一般是作为炼钢时的脱氧剂而加入的，其残余量在0.05%～0.2%范围。此外还可用硼、锆、钙、镁和稀土元素等进行微量元素处理，以改善钢的某些性能。
马氏体时效钢一般可按强度等级来划分，可分为18Ni200，18Ni250，18Ni300、18Ni350这四种系列，强度和硬度逐级递增，可以用于3D打印增材。
常用的典型马氏体时效钢是按强度级别分类的
18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)和18Ni(350)是得到广泛实际应用的钢种。
近年来一些国家研制出许多马氏体时效钢的变异钢种，特别是开发出了不少具有良好性能的无钴马氏体时效钢。
既具有高的延性、韧性又能产生超高强度的钢种是马氏体时效钢，研发这种钢的材料学思路是高纯净、高镍、超低碳的钢。这样，即使在较小的冷却速度下也能淬火获得马氏体组织和具有优良的冲击抗力及断裂韧性。三种主要马氏体的时效钢是：
Nil8马氏体时效钢
这种钢有三种型号，其屈服强度分别为1350MPa、1650MPa和1950MPa，这类钢的杂质含量很低，需要经一次或二次真空冶炼。并含有0.003%B、0.002%Zr和0.005%Ca以清除杂质并帮助改善热塑变加工性能。
热处理工艺包括850℃～870℃固溶处理，空冷或水淬，再在480℃时效3h。除了Co之外，加入的合金元素都降低Ms点，但可保持Mf点高于室温，这样固溶化后淬冷下来都能完全转化为马氏体。时效析出硬化相主要是小片状 ，但也有一些 。严重过时效也能生成 ，Co的作用是加强 引起析出硬化，而Mo则是时效硬化的主要元素。
调整时效温度、时间，可获得不同的强度。时效温度过高(>600℃)，因钢的 点低，会引起奥氏体形成，这种奥氏体由于高度合金化，使Ms点降低到室温以下，而稳定的保留下来。如果需要高强度，可以在时效前对原低碳马氏体进行50%形变量的冷塑性变形加工。
在高抗拉强度下，这种钢仍具有优良的冲击韧性，而且具有强化缺口的作用，其缺口强度与抗拉强度之比在1．35～1．65之间。时效前进行50%的冷变形加工，可将上述名义强度提高到1700 MPa、2000 MPa和2100MPa。
Ni20马氏体时效钢
钢的杂质含量与Nil8钢相似，但Ni含量较高，时效硬化元素不用Mo和Co，而是用1．5%Ti、0．25%A1和0．5%Nb来产生。这种钢的Ms点比Nil8钢低，但固溶处理淬冷到室温后仍可充分发生马氏体转变。如果相变不完全，可在一78℃下冷却处理或通过冷塑性变形(冷塑性变形可提高Ms点)来完成，这种钢正常的时效硬化相是 和 。
Ni25马氏体时效钢
这种钢含25%Ni和1．5%Ti、0．25%A1或0．5%Nb(亦可Al、Nb并用)，Ms点低于或接近室温。固溶处理后钢的组织基本是奥氏体，所以应在时效前将其转化为马氏体，为此可以采用两种方法：
(1)奥氏体时效：加热到700℃保持4h使其从奥氏体中析出 或 。于是奥氏体合金含量降低，Ms点上升，随后冷却时奥氏体大部分转化为马氏体。如在时效硬化处理(480℃，3h)之前进行一78℃冷处理，即可保证马氏体完全转变。700℃的奥氏体时效，由于形成 ，使奥氏体硬化。但 相在 相变时会失去共格性，而且在随后马氏体时效硬化时，可以利用的Ti，Al都减小了，所以强度要低些。马氏体时效处理时的析出相是η- 。
(2)冷塑变形加工加冷处理：奥氏体冷塑变形加工，变形量应大于25%，才能提高Ms— 的温度区段，使该钢在一78℃(干冰)或一196℃(液氮)冷处理时完成马氏体转变，这种加工处理充分发挥合金元素的析出硬化作用，可获得强度高于奥氏体的时效处理。
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