深层渗碳是指比一般渗碳工件的渗层深度为0.5 1.5mm要深，即将渗碳深度增大到2.0~2.5mm; 有时甚至要求渗层深度达到3.5~10.0mm的渗碳工艺。

渗碳油淬后经高温回火，使渗层组织转变为均句的索氏体，为二次淬火准备良好的原始组织，减小开裂的倾向性，并能获得较低的硬度22~-28HRC,以便于加工。经淬火及低温回火后表面硬度60~64HRC 心部不低于3HRC。附加回火在工件粗磨后进行，以消除磨削应力，但不应使硬度降低。

为了加速深层渗碳时的渗碳速度，设计出了快速渗碳钢，此等钢的w(C)在0.23%~0.49%、w(Cr)＞0.50%~1.30%、w(Mo)＞0.15%~0.45%、w(Mn)0.50%~ 1.30%以及Si等元素。快速渗碳钢不仅能使渗碳速度提高18%~90%以上，而且由于增多了钢中碳及其他合金元素的数量，使得工件的心部强度高，渗碳层强韧塑性好。此外，低Si 快速渗碳钢的冷加工性能也较好。