為獲得超細晶粒鋼，已開發出多種工藝方法：同一快速加熱條件下的熱處理反復多次作用、金屬粉末機械研磨、控軋、控冷、TMCP、復合TMCP法等。利用生產工藝技術是獲得超細晶粒的主要手段，是超細晶粒鋼具有優良強韌綜合性能的決定因素，因此超細晶粒鋼與傳統鋼所不同的是其化學成分不能用于預測鋼種的強度。

　　超細晶粒鋼與同等強度的傳統鋼相比，其化學成分的主要特點是碳含量低，這有利于提高其焊接性，因此其強化手段不是通過增加碳含量和合金元素含量，而是通過晶粒細化、相變強化、析出強化等相結合的方法來達到提高強韌化的目的。晶粒細化(包括變形細化和相變細化)是唯一能夠同時提高鋼強度和韌性的方法，因而成為超細晶粒鋼最佳的強化機制。利用第二相粒子析出的沉淀強化是超細晶粒鋼采用的另一種強化機制，高溫時在奧氏體內形成的粒子雖然對控制晶粒長大有效，但不會造成強化，強化粒子是低溫時在奧氏體或鐵素體內形成的，位錯與亞結構強化也是一種有效的強化方式。