深層滲碳是指比一般滲碳工件的滲層深度為0.5 1.5mm要深，即將滲碳深度增大到2.0~2.5mm; 有時甚至要求滲層深度達到3.5~10.0mm的滲碳工藝。
滲碳後採用空冷時，滲層組織為粗大碳化物、細網狀碳化物、馬氏體、托氏體和殘餘奧氏體。為防止過多地析出網狀碳化物並使心部組織細化，滲碳後應採用油冷。當滲碳層碳含量過高時，則應在爐內冷至890℃出爐油淬。油淬後的組織隨距表現深度的不同而異。
滲碳油淬後經高溫回火，使滲層組織轉變為均句的索氏體，為二次淬火準備良好的原始組織，減小開裂的傾向性，並能獲得較低的硬度22~-28HRC,以便於加工。經淬火及低溫回火後表面硬度60~64HRC 心部不低於3HRC。附加回火在工件粗磨後進行，以消除磨削應力，但不應使硬度降低。
為了加速深層滲碳時的滲碳速度，設計出了快速滲碳鋼，此等鋼的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。快速滲碳鋼不僅能使滲碳速度提高18%~90%以上，而且由於增多了鋼中碳及其他合金元素的數量，使得工件的心部強度高，滲碳層強韌塑性好。此外，低Si 快速滲碳鋼的冷加工性能也較好。
