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，根據氮在奧氏體不銹(xiu)鋼中的含量，可將含氮奧氏體不銹鋼(gang)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“高氮不銹鋼(gang)”。
1. 組織細(xi)小
在高氮奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)，氮能夠(gou)阻(zu)礙晶(jing)(jing)界遷(qian)移(yi)，細化(hua)晶(jing)(jing)粒(li)，也能顯著擴大奧氏(shi)體(ti)相(xiang)區，抑(yi)制或延緩金(jin)屬(shu)間相(xiang)的析(xi)出。在高氮馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)，氮能抑(yi)制鋼(gang)(gang)中(zhong)粗(cu)大碳化(hua)物的析(xi)出，促(cu)進(jin)彌散(san)細小(xiao)氮化(hua)物的形成。此外(wai)，固溶氮和含氮析(xi)出相(xiang)能夠(gou)釘扎晶(jing)(jing)界，細化(hua)原始奧氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)粒(li)。
2. 高強(qiang)韌性
固(gu)溶氮(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)引發(fa)晶(jing)格(ge)(ge)畸變(bian)，產(chan)生固(gu)溶強化(hua)作用；含氮(dan)(dan)(dan)析出相能(neng)(neng)細(xi)化(hua)晶(jing)粒并(bing)阻礙(ai)位(wei)錯(cuo)滑移，起到細(xi)晶(jing)強化(hua)和(he)析出強化(hua)的(de)(de)(de)作用。氮(dan)(dan)(dan)還能(neng)(neng)提高(gao)(gao)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中自由電子的(de)(de)(de)密(mi)度(du)，釘扎位(wei)錯(cuo)，增強晶(jing)格(ge)(ge)摩擦應力(li)(li)，提高(gao)(gao)細(xi)晶(jing)強化(hua)的(de)(de)(de)效果。此外，在(zai)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)促進位(wei)錯(cuo)的(de)(de)(de)平面滑移，增強其(qi)(qi)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)能(neng)(neng)力(li)(li)，提高(gao)(gao)均勻變(bian)形能(neng)(neng)力(li)(li)及(ji)流變(bian)應力(li)(li)；在(zai)馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)提高(gao)(gao)殘(can)余奧氏體(ti)含量及(ji)其(qi)(qi)穩定(ding)性，增強抵抗裂紋擴展的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)，提高(gao)(gao)其(qi)(qi)沖擊(ji)韌(ren)性。因此，高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)具有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)強韌(ren)性。
3. 高(gao)耐蝕性(xing)
固溶氮(dan)可以消耗點蝕坑中的(de)(de)H+,改(gai)善局部腐蝕環境，促進(jin)點蝕坑的(de)(de)再(zai)鈍化(hua)。氮(dan)能促進(jin)不(bu)(bu)銹鋼鈍化(hua)膜中鉻(ge)與鉬的(de)(de)富(fu)集，同(tong)時(shi)促進(jin)鈍化(hua)膜及其(qi)與金屬基體間氮(dan)化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)形(xing)成(cheng)，從(cong)而(er)改(gai)善鈍化(hua)膜的(de)(de)質(zhi)量并降(jiang)低(di)缺(que)陷密度，提高其(qi)穩定(ding)性和對(dui)基體的(de)(de)保護能力。氮(dan)能抑(yi)制粗大富(fu)鉻(ge)碳化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)析(xi)出，減(jian)輕不(bu)(bu)銹鋼基體的(de)(de)貧鉻(ge)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)富(fu)鉻(ge)碳化(hua)物(wu)(wu)析(xi)出對(dui)耐(nai)蝕性的(de)(de)不(bu)(bu)利(li)影響。此外，氮(dan)還能與鋼中的(de)(de)鉬元素(su)協同(tong)改(gai)善不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)耐(nai)腐蝕性能。
4. 抗疲勞性能優異
氮作為(wei)強奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體穩定元素，能(neng)(neng)抑制(zhi)循環(huan)應變(bian)過(guo)程中形(xing)變(bian)誘導馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體的(de)(de)生成。此外(wai)，氮在不銹(xiu)鋼中能(neng)(neng)促進(jin)短程有序的(de)(de)形(xing)成，進(jin)而(er)促進(jin)位錯的(de)(de)平面滑移(yi)，增(zeng)加位錯滑移(yi)的(de)(de)可逆(ni)性(xing)，降低(di)裂尖(jian)應力集(ji)中程度及塑性(xing)累積水(shui)平，同時使裂紋(wen)發生偏折，促進(jin)裂紋(wen)的(de)(de)閉合效應，從而(er)延緩疲(pi)勞裂紋(wen)的(de)(de)擴展(zhan)。針對(dui)高氮馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼，氮能(neng)(neng)抑制(zhi)粗(cu)大碳(tan)化物(wu)在原(yuan)始奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體晶(jing)界和(he)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體板條界析出，改善(shan)組織的(de)(de)均勻性(xing)，從而(er)增(zeng)強其接(jie)觸(chu)疲(pi)勞性(xing)能(neng)(neng)。
5. 硬度(du)高、耐磨性好
氮的固溶(rong)強(qiang)化、細晶強(qiang)化和(he)析(xi)出(chu)強(qiang)化，能(neng)(neng)顯著提高(gao)不銹(xiu)鋼的硬(ying)(ying)度。在提高(gao)不銹(xiu)鋼硬(ying)(ying)度的基礎上，氮也能(neng)(neng)提高(gao)其(qi)加(jia)工硬(ying)(ying)化能(neng)(neng)力(li)，從而增強(qiang)其(qi)耐(nai)磨(mo)損性能(neng)(neng)。
6. 抗氫脆性能好
氮具有強穩定奧氏體(ti)的(de)(de)(de)作(zuo)用，能(neng)抑(yi)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)誘導馬氏體(ti)相(xiang)變；能(neng)抑(yi)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)在外加(jia)應力作(zuo)用下向晶(jing)格膨脹區(qu)(qu)的(de)(de)(de)遷移，使(shi)該區(qu)(qu)域難以達到(dao)微裂紋(wen)產生及(ji)生長(chang)所需的(de)(de)(de)臨界氫(qing)(qing)(qing)濃度，從而(er)抑(yi)制(zhi)裂紋(wen)的(de)(de)(de)形成(cheng)；減緩(huan)氫(qing)(qing)(qing)在不銹(xiu)(xiu)鋼中的(de)(de)(de)擴(kuo)散，抑(yi)制(zhi)裂紋(wen)擴(kuo)展。此外，氮還能(neng)增加(jia)氫(qing)(qing)(qing)在不銹(xiu)(xiu)鋼中的(de)(de)(de)固溶度，從而(er)降低不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)敏感性。
7. 生物(wu)相容性優異
高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹鋼是一(yi)種以(yi)氮(dan)代鎳(nie)的材料(liao)，能避(bi)免鎳(nie)離子(zi)溶出引起的人體過敏(min)反應。氮(dan)加入生(sheng)物(wu)醫用不(bu)(bu)銹鋼中，能促(cu)進細(xi)胞增殖(zhi)，避(bi)免炎(yan)癥(zheng)出現，具有(you)優異的組(zu)織相(xiang)容性。同時，提高(gao)氮(dan)含量(liang)能減小不(bu)(bu)銹鋼表面(mian)與血(xue)液(ye)的接觸角，提高(gao)表面(mian)的色散力分量(liang)，提升抗血(xue)小板黏(nian)附(fu)能力，延長動(dong)態凝血(xue)初凝時間(jian)，大(da)幅度降低(di)血(xue)栓形(xing)成風險(xian)，使高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹鋼具有(you)優異的血(xue)液(ye)相(xiang)容性。
8. 低磁導率
氮(dan)作為一(yi)種強(qiang)奧(ao)氏(shi)體(ti)形(xing)成(cheng)和穩定(ding)化元(yuan)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(zu)織(zhi)，從而(er)使高氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)保持低(di)的磁(ci)導率。
