早期铁甲舰和前无畏舰采用熟铁、钢或者钢面铁甲提供防护，但这些装甲有着很大的局限性：熟铁硬度不足，钢甲太脆，钢面铁甲也不堪用，因此很快被淘汰了。随后工程师们通过硬化、添加其他金属元素的方法获得了更强大的装甲。
硬化
纯度较高的铁拥有很好的韧性，但强度和硬度不足。但如果往纯的液态铁里加入0.025%的碳——纯铁中铁素体所能溶解的最大程度的碳——并加热到723℃（这是继续加入碳的情况下达到的，要达到0.08%），铁素体会变成一种名叫“奥氏体”的晶体，这让它在1130℃可以吸收2%的碳。
铁素体
奥氏体
随后让液态铁冷却凝固，奥氏体消失，铁素体重新生成。我们刚刚讲到加入液态铁的碳不止0.025%，因此会有多余的碳。这些碳在形成铁素体的同时被压力紧紧地“束缚”住（铁素体的体积比奥氏体小），与铁原子形成了渗碳体，它拥有更高的硬度。这就是被称为“渗碳”的硬化方法的原理。
- 注：如果让冷却时间变短，那么碳将会有更少的时间从铁素体中逸出，会产生更多的渗碳体，这种迅速冷却的做法就是“淬火”。
渗碳体
渗碳体将会分布在装甲的表面，形成一层硬化层。它能够有效地弹开炮弹或者是磕碎炮弹，但自身也会在炮弹撞击的那一刻碎裂脱落。
当然我讲的这些只是一个原理而已，还有很多复杂的工序，这里就不进一步展开了。
- 注：如果碳含量超过2%，那就得到了铸铁，它由铁素体、奥氏体、游离碳/渗碳体、珠光体组成。如果冷却较慢，就会形成灰口铸铁；反之则形成白口铸铁。铸铁很脆，所以不适合用作装甲，但是低熔点赋予了它易加工的特性，它们被用于需要提高生产速度或降低生产难度的地方。
- 注：克虏伯和一切其他的生产商试图制作出布氏硬度650~700的硬化层，但更多的制造商满足于布氏硬度575~625。随着更高质量的穿甲弹投入使用，克虏伯的高硬度薄硬化层不再适用（但是克虏伯在二战中依然抱着这种方法），而英国和日本的装甲不一昧追求硬化层的硬度，因此表现得更好。
其他元素的添加
为了装甲能够提供足够的防御力，有必要往里面增加别的元素以制成合金。
硅
硅是一种极为常见、运用广泛的非金属元素，从古代就已经为人们运用在铁制品中以防止生锈（建于1860年的勇士号铁甲舰在浸泡了一百多年后依然完好无损！）。除此之外，硅还可以增加铁制品的硬度（通常与锰一起使用），被运用在中等硬度、需要韧性的高强度结构用钢中（例如英国D钢）。虽然添加了硅的装甲韧性不如镍钢，但在一定程度上可以用作镍钢的替代品。硅和锰还可以用作硬化剂。
锰
锰也是在铁制品中常见的元素。由于锰对硫有着很强的亲和力，因此常常用来消除铁制品中的硫。与硅相比，锰可以显著提高钢铁的淬透性（钢铁接受淬火的能力），但不能让钢铁保持硬度，这就是它们为什么配合使用的原因。一般锰在装甲钢中占比0.4%，在结构用钢中占比0.6~1.1%，在高强度结构用钢中占比1.3%。
镍
第一种成功在钢中用来增加韧性的元素（镍原子的性质与铁原子相近），最初少量地用于结构用钢（如英国高抗拉强度钢）。1889年，镍（同时还有铬）开始被广泛地添加进装甲钢中。镍可以小幅度地提高装甲的硬度，但更重要的是，它还可以与铬元素互补。
铬
最初在1890年用于硬化穿甲弹。1894年，克虏伯首次在装甲钢中加入铬元素，并被广泛运用。它的加入使得钢最终得以像铸铁一样得以深度硬化，同时又不需要太高的含碳量，并催生了克虏伯渗碳钢（KC），其中铬元素大概占1.5~3%。除此之外，少量的铬还被添加进早期的结构用钢中。铬元素可以延缓奥氏体转变为铁素体的速度、增加钢的延展性、提高耐腐蚀性，还可以形成自己的碳化物，从而充分利用游离的碳。不过，铬会增加钢的脆性，这就需要镍了（见上文）。
- 注：可以说镍铬合金钢的出现是装甲发展史上的一铬里程碑！著名的哈维装甲和克虏伯装甲就是镍钢的先行者。
钼
一种类似铬的金属元素，同样用于硬化，但效果更好，一般含量为0.4%或以下。有趣的是，添加钼的设想于1912年由法国人首次提出，在一场装甲钢质量的测试中，克虏伯指责法国人作弊——因为他们往装甲钢里面添加了少量的钼。钼在一战后被美国人广泛运用：伯利恒在7英寸以下的装甲中使用（0.3~0.4%）；米德维尔在15英寸以下的装甲中使用（0.2~0.3%）。钼的加入允许降低装甲钢中碳的含量，含碳量的降低有助于焊接。值得一提的是：因为焊缝太脆，鱼雷命中俾斯麦舰艉时几乎将其完全打掉。而且钼可以增加韧性，让装甲接受更快速、粗暴的加工。
- 注：时间就是金钱！
铜
铜与镍一样具备增韧功能，只是效果没那么好罢了。由于资源紧缺，日本在装甲钢中加入铜来替代镍。使用铜还有一个好处，就是顺便降低了铬的消耗。
钒
钒是一种硬化效果比铬和钼更强的元素，可以显著提升钢的抗疲劳能力，因此广泛用于弹簧和少量结构用钢中。钒在装甲钢上应用得不多，伯利恒在它生产的Class B装甲中少量加入。
- 注：非常昂贵。
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