鋼的熱處理應當在還原性氣氛中進行，在加熱過程中能保護工件，免于氧化、脫碳的爐氣即為保護氣氛，作為淬火加熱工序應確保零件的表面狀態沒有發生改變，下面為熱鍛模具、結構鋼零件保護加熱時，通常的保護氣氛的成分詳見表1。

表1   部分保護氣氛的成分比例

零件在加熱過程中，為保護零件免于氧化和脫碳，在具有還原性的氣氛中完成熱處理，可以獲得無氧化、不脫碳的光亮表面，提高了表面質量，同時也省去了酸洗、拋丸或噴砂工序，提高的作業效率、明顯降低了生產成本，因此國內外關于保護氣氛的熱處理爐已經得到了推廣和應用。

保護氣氛的種類很多，為了便于了解其特性，下面分別加以介紹，供零件在加熱過程中正確選用。同時應特別注意在氣氛的選擇上，要考慮到產品的批量、材料的類型、熱處理設備的現狀、工藝水平的高低、熱處理產品質量的技術要求等，在經過工藝驗證后才能確定采用何種保護氣氛，這對于保護零件的表面質量至關重要。

除了保護氣氛外，在生產實際中可選用可控氣氛進行零件的保護性加熱介質，關于可控氣氛的選用原則為：鋼鐵零件的化學成分、熱處理的技術要求，原料的來源和成本價格等。在實際熱處理過程中采用多種氣氛，確保零件在加熱過程中無氧化脫碳現象，實現零件的表面狀態的清潔和成分的穩定。

我國目前的網帶式加熱爐多采用可控氣氛保護加熱，用于處理氣門、軸承、標準件、彈簧、螺紋刀具等小型大批量零件，均取得了良好的經濟效益和社會效益，同時也借鑒和吸收了國外許多成熟的經驗和熱處理技術，使我國的采用可控氣氛熱處理設備的制造水平得到很大的提高，既可處理中溫的零件，也生產了在1050℃溫度以上工作的可控氣氛熱處理設備。我國目前常用的可控氣氛有三種：放熱式氣氛、吸熱式氣氛和滴注式氣氛，它們的作用和特點歸類如下。

a．放熱式可控氣氛  它是液化石油氣（主要成分為丙烷C₃H₈和丁烷C₄H₁₀）、城市煤氣或天然氣（主要成分為甲烷CH₄）等原料氣與空氣按一定比例混合后，完全靠自身的燃燒反應（放熱反應）制備而成，燃燒產生的氣氛中CO₂和H₂O較多，無法防止脫碳，一般常作為低碳鋼和中碳鋼零件的無氧化加熱。只有經過凈化處理的放熱氣氛才能防止零件表面的脫碳，同時有可能適于滲碳等化學熱處理的載體氣（稀釋氣）。目前國內生產的流動粒子爐采用氣體燃燒的熱量來加熱顆粒，完成對工件的加熱，其爐內氣氛即為放熱式氣氛，作為通常的熱處理氣氛可以滿足零件的熱處理技術要求。

b．吸熱式可控氣氛  它是將原料氣（如液化石油氣、城市煤氣或天然氣）與空氣按一定比例混合后進行吸熱反應（外部加熱）制備而成。從反應的性質來看，吸熱式氣氛比放熱式可控氣氛中CO和H₂的含量高，CO₂和H2O的含量明顯降低。該氣氛可用于防止零件的氧化和脫碳，用于碳氮共滲或滲碳等，其應用十分廣泛。吸熱式氣氛的成分控制通常用露點儀或紅外線分析儀來測定，用電子裝置進行自動控制，精度和靈敏性好，這是重要的工藝監控手段和措施。

需要指出氣氛中含有較多的H₂，應注意防止出現爆炸現象，要采取必要的防范措施。另外考慮到由于氣氛與鋼中的鉻元素發生化學反應，將會造成鋼表面鉻的減少，因此不適于鉻合金鋼零件的保護加熱。

c．滴注式可控氣氛  將甲醇(CH₃OH)、煤油和苯等碳氫化合物直接滴入高溫加熱的爐膛內，通過這些有機物的高溫裂解或裂化，產生含有CO、H₂和CH₄等還原性的混合氣體，實現了零件在熱處理過程中的無氧化脫碳加熱。在生產中常將甲醇作為滴入劑完成保護性加熱，考慮到其裂解產物碳勢較低，還需補充爐氣的碳勢，即通常要另外滴入乙醇(C₂H₅OH)、異丙醇(C₃H₇OH)和丙酮(CH₃COCH₃)等第二種液體。其滴入量和滴入劑的成分應根據零件的材質、裝爐量、爐膛、技術要求、密封程度、零件的裝爐方式以及保溫結束后的冷卻介質等綜合考慮后來確定。

通常滴注式可控氣氛具有成分制備簡單、原料來源廣、操作方便和易行、生產效率高，效果穩定等優點，因此目前國內外熱處理企業普遍使用該類氣氛進行零件的保護性加熱或化學熱處理，為保持爐內成分的均勻和穩定，在井式爐和箱式爐的上方應添加攪拌風機。

大量的國內外熱處理設備，采用單一的介質提供需要的成分十分困難，一般采用幾種液體或氣體同時滴入或通人爐膛，這樣才能滿足零件表面無氧化脫碳的需要。在網帶式滲氮和碳氮共滲爐內，為確保零件的光亮淬火或退火，一般是甲醇和氮氣同時供應。

隨著科學技術的進步和對零件熱處理表面質量要求的提高，真空爐已經得到一定程度的普及和推廣，爐膛內抽成真空狀態，使內部的氧化性物質（主要指氧）的含量微乎其微，確保了零件加熱或冷卻中無氧化脫碳現象。也可向內充入一定量的高純氮氣作為加熱介質，提高加熱的效果。