耐高温合金材料采用化学法又称孕育剂法、添加剂法等。化学法晶粒细化的原理是向液态高温合金中加入大量的形核能力很强的异质晶核，增加结晶的形核率，达到细化高温合金铸造晶粒的目的。加入的晶粒细化剂应具有如下主要特点，即稳定性非常好，熔点高，不溶解进入高温合金溶体，或者添加剂加入液态高温合金中，其中某元素与钢液反应形成稳定的异质核心；其次异质形核剂颗粒与固相之间存在良好的晶格匹配关系，从而使固相颗粒与将要凝固的固相间的润湿角很小。
为了提高耐高温合金材料抗热腐蚀铸造高温合金疲劳性能和抗裂纹扩展能力，采用添加剂法细化晶粒组织。在真空炉内熔化耐高温合金材料合金后，分别加入Ni3Al、Ni2Al3、ZrC、NbC和B等五种孕育剂，并浇注成38mm圆柱，结果表明对耐高温合金材料晶粒细化效果由好到差的顺序是Ni2Al3、B、NbC、ZrC和Ni3Al。采用高的浇注温度和低的模温，添加Ni2Al3效果，晶粒度平均达ASTM11~12级。晶粒细化后的疲劳性能明显提高，例如700℃，450MPa的低周疲劳断裂循环周次由粗晶粒的3494~6531次提高到细晶的9782~12749次，提高2~3倍。
耐高温合金材料采用孕育剂法细化铸件表层晶粒收到了良好效果。用高温合金生产涡轮空心叶片时，将CoO粉涂在模壳内表面，当浇注叶片时，叶片表面由于存在大量异质晶核，而使表层晶粒细化，细化层约2mm。氧化钴在铸造过程中被合金中活泼元素如Al、Ti等还原，在耐高温合金材料的表面上生成金属钴。钴不但与铸件基体相晶型相同，而且晶格常数相近，因而润湿角小，所以细化效果良好，疲劳强度明显改善，700℃，107周高周疲劳强度由280MPa提高到300MPa。
耐高温合金材料采用Co2O3＋Al2O3粉，经1300℃焙烧后，变为兰色粉末，球磨过筛(+80，-120目)后，以1︰3.5的硅熔胶或硅酸乙脂和焙烧粉制成涂料，涂在腊型上，然后制成模壳，烧注K444合金试样，经低倍腐蚀，发现细化效果良好，平均晶粒尺寸2~3mm。其机理为Co2O3与Al2O3在高温下发生化学反应，在模壳内表面形成稳定的CoAl2O4，起异质结晶核心作用，增加形核率，从而获得细小等轴晶，这种方法在国内正广泛应用。
