od 500 do 600 °C, w atmosferze gazowej zawierającej związki azotu, których źródłem jest amoniak.

Podstawą fizykochemiczną procesu azotowania gazowego jest termiczna dysocjacja cząsteczek amoniaku (NH3) zachodząca na powierzchni katalizującej, jaką stanowi obrabiany stop żelaza.

W wyniku rozpadu powstaje wodór (H2) i azot (N2 – azot molekularny), będący gazem obojętnym, rozcieńczającym czynne składniki atmosfery. Iloraz ciśnień cząstkowych tychże czynnych składników jest nazywany potencjałem azotowym atmosfery. Potencjał azotowy, czas trwania procesu i temperatura, w jakiej odbywa się azotowanie, a także gatunek azotowanej stali, wpływają na kinematykę wzrostu warstwy ochronnej azotowanej powierzchni, a co za tym idzie – także na jej ostateczną budowę fazową.

Azotowana powierzchnia w zależności od omówionych parametrów może składać się z jednej, dwóch lub trzech stref: α, γ’+α lub ε+γ’+α. Warstwy te oznaczają odpowiednio: α – ferryt azotowy, γ’ – azotek żelaza Fe4N, ε – azotek żelaza Fe2N.

W praktyce strefy ε+γ’ są najczęściej zeszlifowywane z powierzchni materiału, ze względu na nadmierną grubość i kruchość.