空气的主要成分是N₂和O₂，还有少量水蒸气和CO₂，以及微量惰性气体。钢铁在空气中加热，表面会发生强烈氧化，并伴随着脱碳。钢铁在空气中加热时，铁与空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气的氧化反应如下：

钢件表面的碳与氧、二氧化碳、水蒸气及氢气发生的化学反应如下：

加热介质中的氧气、二氧化碳、水蒸气和氢气，也可与钢表面的渗碳体发生反应，使钢脱碳：

脱碳使工件表面的碳含量降低，导致淬火硬度不足，不但降低其耐磨性，而且在表面产生拉应力，使疲劳强度下降。

为防止工件在加热时发生氧化、脱碳现象，应采用保护气氛炉、脱氧的盐浴炉、流动粒子炉或真空炉加热，也可进行感应淬火、激光淬火、电子束淬火、火焰淬火（有轻微氧化）等。

以空气为加热介质时，如需防止氧化和脱碳时，可采用防氧化涂料、装入硅砂+铸铁屑的箱中加热或用不锈钢箔密封加热等方法。