化學熱處理是將鋼件放在一定的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層，改變表層的化學成分以獲得預期的組織和性能的一種熱處理過程。當一個壓力容器零件需要表面和芯部具有不同的成分、組織和性能時，采用化學熱處理是一種十分有效的方法。按照滲入元素的不同，化學熱處理可分為滲碳、氮化、氰化和滲金屬等。
滲碳是向鋼的表層滲入碳原子的過程，即把鋼件放入滲碳氛圍中，在900-950℃加熱、保溫，使鋼件表層增碳的過程。其目的是使鋼件在熱處理后，表面具有高硬度和耐肺性，而芯部仍保持一定強度和較高的韌性和塑性。如對齒輪、活塞銷的處理等。
氮化是向鋼件表層滲入氮原子的過程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲勞強度和耐蝕性，它廣泛應用于各種高速傳動精密齒輪、高精度機床主軸、在變向負荷工作條件下要求很高疲勞強度的零件，以及要求變形很小和在一定耐熱、耐蝕工作條件下的耐磨零件，如閥門、擠出機的螺桿等。
氰化是向鋼件表層同時滲碳和滲氮的過程，也稱為碳氮共滲。氰化可用于低碳鋼和中碳鋼零件，以提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度，也可用于高碳合金鋼以提高表面硬度和熱硬性。
滲金屬是利用價格便宜的碳素鋼和低合金鋼制成零件，然后在高溫下向零件表層滲入各種合金元素使表而合金化，從而獲得某些特殊性能，不僅滿足了零件的使用要求，而且可以代替某些高合金鋼，如不銹鋼、耐熱鋼等。化工上常用的有滲鉻、滲鋁、滲硅等。滲鉻可以提高鋼件表面硬度、耐磨性和抗腐蝕性;滲硅可以提高鋼件表面的耐酸性能;滲鋁可提高零件的耐熱和杭氧化性等。化學熱處理與金屬鍍層的根本區別在于金屬鍍層是把金屬均勻鍍在鋼材表面而不進入鋼材金屬品格之中。而化學熱處理則使合金元素擴散滲入鋼材金屬品格之中，從而改善零件表面層的性能。
