L'invention concerne un processus de carbonitruration qui apporte une amélioration dans le taux de perméation de l'azote et un renfort de l'efficacité de la carbonitruration et qui consiste à chauffer une pièce d'acier contenant au moins 0,8% en masse de carbone dans une atmosphère contenant de l'ammoniac, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'hydrogène. Le processus de carbonitruration comprend une étape de commande d'atmosphère (50) et une étape de commande de configuration de chauffage (60). L'étape (50) comprend une étape de commande de pression partielle de NH SUB 3 /SUB non décomposé (51), une étape de commande de pression partielle de CO/CO SUB 2 /SUB (53), une étape de commande de pression partielle de H SUB 2 /SUB (52). Dans l'étape de commande d'atmosphère (50), les étapes (51), (53) et (52) sont effectuées de manière que la pression partielle d'hydrogène dans le four de traitement thermique tombe entre 0,1 et 0,3 atm et que ? défini par la formule (1) tombe entre 2,0 et 6,0: (1) avec (2) Pco: pression partielle (atm) du dioxyde de carbone (3), K: constante d'équilibre de la réaction, + CO SUB 2 /SUB -2CO (4) C SUB NH3 /SUB : concentration (% en volume) d'ammoniac non décomposé (5).