钢铁零件的氧化过程是在一般的氧化性气体介质（如空气）中进行的，炉内气氛中的O₂、CO₂和水蒸气等均是氧化脱碳性强的气体，它们一般按下列化学反应进行，使钢铁的表面被氧化，即钢在氧化性气氛中加热，在零件的表面将产生氧化物，化学分析表明氧化层从表到里依次为Fe_2O3、Fe₃O₄、FeO，其形成的机理为表面的氧气含量高，与铁强烈作用生成Fe₂O₃，中间部分为Fe₃O₄，内层形成了氧含量较低的FeO，另外随着炉内氧含量的增加和加热温度的提高，氧化层的厚度会不断增加，因此在实际钢铁零件的热处理过程中，确保要炉内为中性或还原性气氛，并确保工艺温度符合技术要求。

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通常钢铁零件的急剧氧化是在525℃以上发生的，是钢铁与空气中的氧结合形成氧化铁，它低于脱碳的温度。对于硬氮化和软氮化的零件而言，为确保氮化过程中变形量控制在要求的范围内，需要在粗加工后进行除应力退火处理，也会造成轻微的氧化，因此在加工过程中要留有一定的加工余量。氧化扩展的快慢程度取决于固溶体的成分，作为工具钢其中的铬含量以及碳化物相的特性影响较大。