钢的氮化是向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理工艺，也称为渗氮。
1）气体氮化
这种方法是向井式炉中通入氨气，利用氨气受热分解来提供活性氮原子，反应如下：
2NH3 ＝＝＝3H2+ 2［N］
由于氨的分解在200℃以上开始，铁素体对氮有一定的溶解能力，所以氮化温度不高，不超过钢的A1温度（550～570℃）。因此，氮化件的变形很小，比渗碳及表面淬火的变形小得多。
应用最广泛的氮化用钢是38CrMoAl钢，钢中Cr，Mo，Al等合金元素在氮化过程中形成高度弥散、硬度极高而且非常稳定的氮化物，如CrN，MoN，AlN等。氮化后工件表面硬度达1 100～1 200 HV（相当于72 HRC左右），具有很高的耐磨性，因此钢在氮化后，不需要再进行淬火处理。
弥散的氮化物加热到600℃也不聚集粗化，这时钢的硬度仍有850～870 HV（相当于65 HRC左右），从而使钢有很好的热韧性。氮原子的渗入，使工件表层体积胀大，在氮化层内形成残余压应力，因而疲劳强度大大提高，通常可提高25%～30%。另外，氮化层表面形成一层致密的氮化物，使钢具有很高的耐蚀能力。因此氮化主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件，如镗床主轴、精密传动齿轮等。
由于氮化层很薄，一般不超过0．60～0．70 mm，因此氮化往往是加工工艺路线中最后一道工序，氮化后至多再进行精磨或研磨。另外在氮化之前，应先进行调质处理，获得回火索氏体组织，以提高心部的性能，同时为了减少在氮化中的变形，在切削加工后，一般需要进行消除应力的高温回火。
对氮化处理的零件，在设计图纸上应注明氮化层表面硬度、厚度、氮化区域、心部硬度。重要的零件还应提出对心部的机械性能、金相组织及氮化层脆性等方面的具体要求。
氮化的主要缺点是生产周期长，例如要得到0．3～0．5 mm得渗层，常常需要20～50 h，因此成本高。另外，氮化层较脆，不能承受冲击。工件上不需要氮化的部分可采用镀铜或镀锡保护，也可留出加工余量，氮化后再磨去。
由于氮化存在以上缺点，并需要专门的氮化钢，使其应用受到一定限制，所以目前国内外又发展了一些新的氮化工艺。
2）离子氮化
这种方法是在真空度为13．332～0．013 332 Pa的真空容器内，通入氨气或氮、氢混合气体，保持气压为133．32～1 333．2 Pa，以真空容器为阳极，工件为阴极，在两极之间加400～700 V直流电压，迫使电离后的氮正离子高速冲击工件（阴极），使其渗入工件表面，并向内扩散形成氮化层。
离子氮化的优点是氮化时间短，仅为气体氮化的1／2～1／5；氮化层质量好，脆性低、省电、省氨气、无公害、操作条件好。缺点是零件形状复杂或截面悬殊时很难同时达到同一的硬度和深度。
3）气体软氮化
软氮化是在500～570℃的温度下，向钢的表面层同时渗入碳、氮原子的过程。由于共渗温度较低，它实质上是以渗氮为主的碳氮共渗过程，共渗层深度可达0．02～0．06 mm，又称为低温气体碳氮共渗。
共渗介质常用尿素，尿素受热分解提供活性炭、氮原子，即
（NH2）2 CO —→CO+ 2H2+ 2［N］
2CO —→CO2+［C］
与气体氮化相比，其渗层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。软氮化具有处理温度低，时间短（为气体氮化时间的1／3～1／4），工件变形小的特点，而且不受钢种限制，碳钢、合金钢、铸铁以及粉末冶金材料均可进行软氮化处理，达到提高耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的目的。高速钢经气体软氮化后能大幅度提高刀具与模具的使用寿命。
工件经气体软氮化后一般多采用快冷（碳钢工件水冷，合金钢工件油冷），但对于变形要求严格的工件，应缓慢冷却。
4）气体碳氮共渗
这种方法是在炉中滴入煤油的同时，再向炉中通氨气。在820～860℃的温度下，煤油与氨气除了单独进行前述的渗碳和氮化作用外，它们相互间还可发生如下化学反应而提供活性炭、氮原子：
CH4+ NH3 ＝＝＝HCN+ 3H2
CO+ NH3 ＝＝＝HCN+ H2O
2HCN ＝＝＝H2+ 2［C］+ 2［N］
由于共渗温度较高，它是以渗碳为主的碳氮共渗的过程。因此处理后要进行淬火和低温回火。共渗层深度一般为0．3～0．8 mm，共渗层表面组织由细片状回火马氏体、适量的粒状碳氮化合物以及少量的残余奥氏体组成。
气体碳氮共渗所用的钢大多为中低碳钢和合金钢如20CrMnTi等。气体碳氮共渗与渗碳相比，具有处理温度低、时间短、生产效率高、变形小、淬透性好和耐磨性高等优点，正获得越来越广泛的应用。目前主要用来处理汽车和机床齿轮、涡轮、蜗杆和轴类零件等。
