将工件置于致冷容器中冷却至零下(一般为一70～一196℃)的淬火后续工艺，又称冷处理。

钢铁材料中的马氏体转变一般为变温型，即在马氏体转变开始温度M。以下随温度下降马氏体量增多，到马氏体转变终了温度M停止，与某温度下停留时间长短无关。钢的旭点越低，则淬火冷至室温后工件中残留奥氏体越多。残留奥氏体是低强度(低硬度)和热力学不稳定的非平衡相。为提高淬火钢的硬度和稳定组织，在淬火冷至室温后再继续冷至零下。因而，深冷处理的实质是淬火冷却的继续。

高碳、高合金工具钢制成的工具、模具、精密轴承、量具以及高精度的渗碳淬火件，为提高其使用寿命和尺寸稳定性，可采用深冷处理，温度越低效果越好。由于这些制件在淬火态一般都已存在相当大的残余应力及显微裂纹，为防止开裂，深冷处理一般不安排在淬火之后，而是经过适当的回火之后再进行