热处理加氮气主要是为了防止金属在高温下氧化生锈，氮气能包裹金属表面形成保护层。氢气虽然也能防氧化，但容易让金属表面脱碳变脆，所以通常不用它。氮气还能让金属表面渗入碳元素，增强硬度。

热处理只用氮气不用氢气，是因为氢气在高温下（比如900℃以上）会与金属反应，导致表面含碳量下降。根据《金属材料热处理手册》数据，氢气处理后的低碳钢表面碳含量可能降低30%，容易产生脆性裂纹。而氮气在同样温度下主要发生渗氮反应，能提升表面硬度而不降低碳含量。比如304不锈钢氮气渗碳后表面硬度可从200HV提升到500HV以上，而氢气处理反而会降到180HV。另外氢气还可能引起氢脆现象，在-50℃到200℃之间容易发生脆断，而氮气处理后的材料脆性指标提高40%以上。所以工业上更倾向用氮气兼顾防氧化和强化效果。