高氮鋼是近年來隨著冶金科技進步出現的一種新型工程材料。著名的高氮鋼專家Speidel認為，根據氮在奧氏(shi)體不銹鋼中的含量，可將含氮奧氏體不銹(xiu)鋼分為控氮型（氮含量0.05%~0.10%①)、中氮型（氮含量0.10%~0.40%)和高氮型（氮含量在0.40%以上），而鐵素體、馬氏體不銹鋼中的氮含量大于0.08%時，便可稱為高氮鋼。1995年Rashev提出了更為貼切的定義：“高氮鋼”是指材料中的實際氮含量超過了在常壓下（0.1MPa,1600℃)制備材料所能達到的極限值的鋼。同時，研究者也通常把氮含量超過0.40%的奧氏體不銹鋼稱為“高氮鋼”。由于氮元素主要應用在不銹鋼中，因此“高氮鋼”也稱為“高氮(dan)不銹鋼”。
1. 組織細(xi)小(xiao)
在高(gao)氮(dan)(dan)奧氏(shi)體不銹鋼中，氮(dan)(dan)能夠(gou)阻(zu)礙晶(jing)界(jie)遷移，細化晶(jing)粒，也能顯著(zhu)擴大奧氏(shi)體相(xiang)區，抑(yi)制或延緩金屬間相(xiang)的(de)析出(chu)。在高(gao)氮(dan)(dan)馬氏(shi)體不銹鋼中，氮(dan)(dan)能抑(yi)制鋼中粗大碳化物的(de)析出(chu)，促進彌(mi)散(san)細小氮(dan)(dan)化物的(de)形成。此外，固溶氮(dan)(dan)和含氮(dan)(dan)析出(chu)相(xiang)能夠(gou)釘扎(zha)晶(jing)界(jie)，細化原(yuan)始奧氏(shi)體晶(jing)粒。
2. 高強(qiang)韌性(xing)
固溶(rong)氮能引發晶(jing)格畸變(bian)，產生固溶(rong)強化(hua)作(zuo)用；含氮析出相能細化(hua)晶(jing)粒并阻礙位錯(cuo)滑移，起到(dao)細晶(jing)強化(hua)和(he)析出強化(hua)的(de)(de)作(zuo)用。氮還能提高(gao)不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)自由電(dian)子的(de)(de)密度，釘(ding)扎位錯(cuo)，增(zeng)強晶(jing)格摩擦(ca)應力(li)，提高(gao)細晶(jing)強化(hua)的(de)(de)效果。此(ci)外，在奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)，氮能促進(jin)位錯(cuo)的(de)(de)平面滑移，增(zeng)強其加工硬(ying)化(hua)能力(li)，提高(gao)均勻變(bian)形能力(li)及流變(bian)應力(li)；在馬氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)，氮能提高(gao)殘(can)余奧(ao)氏體(ti)(ti)含量及其穩定性(xing)，增(zeng)強抵抗裂紋(wen)擴展的(de)(de)能力(li)，提高(gao)其沖(chong)擊韌(ren)性(xing)。因此(ci)，高(gao)氮不(bu)銹鋼具(ju)有較高(gao)的(de)(de)強韌(ren)性(xing)。
3. 高耐(nai)蝕性(xing)
固溶氮(dan)(dan)可以(yi)消耗(hao)點蝕(shi)坑中的(de)(de)H+,改善(shan)局部腐(fu)蝕(shi)環(huan)境，促(cu)進(jin)點蝕(shi)坑的(de)(de)再鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)。氮(dan)(dan)能(neng)(neng)促(cu)進(jin)不銹鋼(gang)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜中鉻(ge)與鉬的(de)(de)富集，同時(shi)促(cu)進(jin)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜及(ji)其(qi)與金屬(shu)基體間氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)形成，從而(er)(er)改善(shan)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)質量并(bing)降低(di)缺陷密度，提(ti)高其(qi)穩定性(xing)和對基體的(de)(de)保護能(neng)(neng)力。氮(dan)(dan)能(neng)(neng)抑(yi)制(zhi)粗(cu)大富鉻(ge)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)析出，減輕不銹鋼(gang)基體的(de)(de)貧鉻(ge)，從而(er)(er)降低(di)富鉻(ge)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物析出對耐蝕(shi)性(xing)的(de)(de)不利影響(xiang)。此外(wai)，氮(dan)(dan)還(huan)能(neng)(neng)與鋼(gang)中的(de)(de)鉬元素協同改善(shan)不銹鋼(gang)的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)。
4. 抗疲(pi)勞(lao)性(xing)能優(you)異
氮作(zuo)為(wei)強奧氏(shi)體穩定元素，能抑(yi)制循環應變(bian)過(guo)程(cheng)中(zhong)形變(bian)誘導馬氏(shi)體的(de)生(sheng)成(cheng)。此外(wai)，氮在(zai)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)能促進短程(cheng)有序的(de)形成(cheng)，進而(er)促進位(wei)錯(cuo)的(de)平面(mian)滑移，增(zeng)(zeng)加位(wei)錯(cuo)滑移的(de)可逆性(xing)，降低(di)裂尖應力集中(zhong)程(cheng)度及(ji)塑性(xing)累積水平，同(tong)時使裂紋發生(sheng)偏折，促進裂紋的(de)閉(bi)合(he)效應，從而(er)延緩疲(pi)勞(lao)裂紋的(de)擴展(zhan)。針對高氮馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)，氮能抑(yi)制粗(cu)大碳化物在(zai)原始(shi)奧氏(shi)體晶界和馬氏(shi)體板條界析出，改善(shan)組織的(de)均勻性(xing)，從而(er)增(zeng)(zeng)強其接觸疲(pi)勞(lao)性(xing)能。
5. 硬度高、耐磨性好
氮(dan)的固溶(rong)強(qiang)(qiang)化、細(xi)晶強(qiang)(qiang)化和析出強(qiang)(qiang)化，能(neng)顯著提(ti)高(gao)不銹鋼(gang)的硬度(du)。在(zai)提(ti)高(gao)不銹鋼(gang)硬度(du)的基礎上，氮(dan)也能(neng)提(ti)高(gao)其(qi)加工硬化能(neng)力，從而增強(qiang)(qiang)其(qi)耐(nai)磨損性能(neng)。
6. 抗氫(qing)脆性能好
氮(dan)具有(you)強穩定奧氏體的(de)作(zuo)用(yong)，能抑(yi)制(zhi)氫(qing)(qing)誘(you)導馬氏體相變；能抑(yi)制(zhi)氫(qing)(qing)在外(wai)(wai)加(jia)應力(li)作(zuo)用(yong)下(xia)向(xiang)晶(jing)格(ge)膨脹(zhang)區(qu)(qu)的(de)遷(qian)移(yi)，使(shi)該區(qu)(qu)域(yu)難以達到微(wei)裂(lie)(lie)紋產生(sheng)(sheng)及(ji)生(sheng)(sheng)長(chang)所需的(de)臨界(jie)氫(qing)(qing)濃度(du)，從(cong)而抑(yi)制(zhi)裂(lie)(lie)紋的(de)形成；減緩氫(qing)(qing)在不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)擴散，抑(yi)制(zhi)裂(lie)(lie)紋擴展。此外(wai)(wai)，氮(dan)還能增加(jia)氫(qing)(qing)在不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)固溶度(du)，從(cong)而降(jiang)低不銹(xiu)鋼的(de)氫(qing)(qing)脆敏感性。
7. 生物相(xiang)容性優異
高氮(dan)不(bu)銹鋼(gang)是一種以(yi)氮(dan)代鎳的材料，能避免鎳離子溶出引起的人體過敏反應。氮(dan)加入生物醫用不(bu)銹鋼(gang)中，能促進細(xi)胞增(zeng)殖，避免炎癥(zheng)出現，具(ju)有(you)優(you)異(yi)的組(zu)織相容(rong)性。同時，提高氮(dan)含量(liang)能減小(xiao)不(bu)銹鋼(gang)表(biao)面與血(xue)(xue)液的接觸角，提高表(biao)面的色散力分(fen)量(liang)，提升抗血(xue)(xue)小(xiao)板黏附(fu)能力，延(yan)長動態凝(ning)血(xue)(xue)初凝(ning)時間(jian)，大幅度降低血(xue)(xue)栓形成風(feng)險，使高氮(dan)不(bu)銹鋼(gang)具(ju)有(you)優(you)異(yi)的血(xue)(xue)液相容(rong)性。
8. 低(di)磁導率(lv)
氮作為一種強奧(ao)氏(shi)體(ti)形成和穩定(ding)化元素(su)，能顯著擴大奧(ao)氏(shi)體(ti)相區并穩定(ding)奧(ao)氏(shi)體(ti)組織，從而(er)使高氮奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)保持低(di)的磁導率(lv)。
