化学热处理是将钢件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，改变表层的化学成分以获得预期的组织和性能的一种热处理过程。当一个压力容器零件需要表面和芯部具有不同的成分、组织和性能时，采用化学热处理是一种十分有效的方法。按照渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、氰化和渗金属等。
渗碳是向钢的表层渗入碳原子的过程，即把钢件放入渗碳氛围中，在900-950℃加热、保温，使钢件表层增碳的过程。其目的是使钢件在热处理后，表面具有高硬度和耐肺性，而芯部仍保持一定强度和较高的韧性和塑性。如对齿轮、活塞销的处理等。
氮化是向钢件表层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和耐蚀性，它广泛应用于各种高速传动精密齿轮、高精度机床主轴、在变向负荷工作条件下要求很高疲劳强度的零件，以及要求变形很小和在一定耐热、耐蚀工作条件下的耐磨零件，如阀门、挤出机的螺杆等。
氰化是向钢件表层同时渗碳和渗氮的过程，也称为碳氮共渗。氰化可用于低碳钢和中碳钢零件，以提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度，也可用于高碳合金钢以提高表面硬度和热硬性。
渗金属是利用价格便宜的碳素钢和低合金钢制成零件，然后在高温下向零件表层渗入各种合金元素使表而合金化，从而获得某些特殊性能，不仅满足了零件的使用要求，而且可以代替某些高合金钢，如不锈钢、耐热钢等。化工上常用的有渗铬、渗铝、渗硅等。渗铬可以提高钢件表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性;渗硅可以提高钢件表面的耐酸性能;渗铝可提高零件的耐热和杭氧化性等。化学热处理与金属镀层的根本区别在于金属镀层是把金属均匀镀在钢材表面而不进入钢材金属品格之中。而化学热处理则使合金元素扩散渗入钢材金属品格之中，从而改善零件表面层的性能。
