耐高溫合金材料采用化學法又稱孕育劑法、添加劑法等。化學法晶粒細化的原理是向液態高溫合金中加入大量的形核能力很強的異質晶核，增加結晶的形核率，達到細化高溫合金鑄造晶粒的目的。加入的晶粒細化劑應具有如下主要特點，即穩定性非常好，熔點高，不溶解進入高溫合金溶體，或者添加劑加入液態高溫合金中，其中某元素與鋼液反應形成穩定的異質核心；其次異質形核劑顆粒與固相之間存在良好的晶格匹配關系，從而使固相顆粒與將要凝固的固相間的潤濕角很小。

為了提高耐高溫合金材料抗熱腐蝕鑄造高溫合金疲勞性能和抗裂紋擴展能力，采用添加劑法細化晶粒組織。在真空爐內熔化耐高溫合金材料合金后，分別加入Ni3Al、Ni2Al3、ZrC、NbC和B等五種孕育劑，并澆注成38mm圓柱，結果表明對耐高溫合金材料晶粒細化效果由好到差的順序是Ni2Al3、B、NbC、ZrC和Ni3Al。采用高的澆注溫度和低的模溫，添加Ni2Al3效果，晶粒度平均達ASTM11~12級。晶粒細化后的疲勞性能明顯提高，例如700℃，450MPa的低周疲勞斷裂循環周次由粗晶粒的3494~6531次提高到細晶的9782~12749次，提高2~3倍。

耐高溫合金材料采用孕育劑法細化鑄件表層晶粒收到了良好效果。用高溫合金生產渦輪空心葉片時，將CoO粉涂在模殼內表面，當澆注葉片時，葉片表面由于存在大量異質晶核，而使表層晶粒細化，細化層約2mm。氧化鈷在鑄造過程中被合金中活潑元素如Al、Ti等還原，在耐高溫合金材料的表面上生成金屬鈷。鈷不但與鑄件基體相晶型相同，而且晶格常數相近，因而潤濕角小，所以細化效果良好，疲勞強度明顯改善，700℃，107周高周疲勞強度由280MPa提高到300MPa。

耐高溫合金材料采用Co2O3＋Al2O3粉，經1300℃焙燒后，變為蘭色粉末，球磨過篩(+80，-120目)后，以1︰3.5的硅熔膠或硅酸乙脂和焙燒粉制成涂料，涂在臘型上，然后制成模殼，燒注K444合金試樣，經低倍腐蝕，發現細化效果良好，平均晶粒尺寸2~3mm。其機理為Co2O3與Al2O3在高溫下發生化學反應，在模殼內表面形成穩定的CoAl2O4，起異質結晶核心作用，增加形核率，從而獲得細小等軸晶，這種方法在國內正廣泛應用。