철강의 표면에 탄소와 질소를 동시에 침입 확산시키는 처리를 말한다. 침탄 침질이라고도 한다. 처리 후는 침탄의 경우와 같이 담금질을 해서 표면부를 경화시킨다. 일반적으로 약 900℃로 처리되는데 처리온도가 높을수록 탄소가 많이 침입하고, 낮을수록 질소가 많이 침입한다. 침입한 질소는 담금질성을 향상시키므로 침탄만으로 충분한 담금질성을 얻지 못하는 강종에의 적용이 유효하다. 액체 침탄질화는 액체 침탄에 비하여 용융염 속의 NaCl의 양을 많게 해서 처리온도를 낮게 하므로 질소의 침입량이 많아지나 양자 사이에 명료한 구별은 없다. 가스 침탄질화는 침탄 가스에 소량의 NH4가스를 첨가하여 약 900℃까지의 온도로 처리한다.