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(dan)不(bu)銹鋼”。
1. 組織細(xi)小
在(zai)高氮(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)夠阻礙(ai)晶(jing)界(jie)遷移，細(xi)化晶(jing)粒，也能(neng)(neng)顯(xian)著擴大(da)奧(ao)氏體(ti)相區，抑(yi)制或延緩金(jin)屬間相的析(xi)出。在(zai)高氮(dan)(dan)(dan)馬氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)抑(yi)制鋼(gang)中(zhong)粗大(da)碳化物的析(xi)出，促進彌散細(xi)小氮(dan)(dan)(dan)化物的形成。此外，固溶氮(dan)(dan)(dan)和含氮(dan)(dan)(dan)析(xi)出相能(neng)(neng)夠釘(ding)扎晶(jing)界(jie)，細(xi)化原(yuan)始奧(ao)氏體(ti)晶(jing)粒。
2. 高強韌性
固(gu)溶氮(dan)(dan)能(neng)(neng)(neng)(neng)引發(fa)晶(jing)格畸變，產生固(gu)溶強(qiang)化(hua)(hua)(hua)作(zuo)用(yong)；含氮(dan)(dan)析出相能(neng)(neng)(neng)(neng)細化(hua)(hua)(hua)晶(jing)粒并阻礙(ai)位錯滑(hua)移，起到細晶(jing)強(qiang)化(hua)(hua)(hua)和析出強(qiang)化(hua)(hua)(hua)的(de)作(zuo)用(yong)。氮(dan)(dan)還(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)提高(gao)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中自由電子的(de)密(mi)度，釘扎(zha)位錯，增(zeng)強(qiang)晶(jing)格摩擦應力(li)，提高(gao)細晶(jing)強(qiang)化(hua)(hua)(hua)的(de)效果。此(ci)外，在(zai)奧(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中，氮(dan)(dan)能(neng)(neng)(neng)(neng)促(cu)進位錯的(de)平面滑(hua)移，增(zeng)強(qiang)其(qi)加工硬化(hua)(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)，提高(gao)均勻變形能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)及(ji)流變應力(li)；在(zai)馬氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中，氮(dan)(dan)能(neng)(neng)(neng)(neng)提高(gao)殘(can)余奧(ao)氏體含量及(ji)其(qi)穩定(ding)性，增(zeng)強(qiang)抵抗裂紋擴展的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)，提高(gao)其(qi)沖擊(ji)韌性。因此(ci)，高(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)具(ju)有較高(gao)的(de)強(qiang)韌性。
3. 高耐蝕性(xing)
固溶氮(dan)可以消(xiao)耗點蝕(shi)坑(keng)中(zhong)的(de)(de)H+,改(gai)善(shan)局部腐蝕(shi)環境，促進(jin)點蝕(shi)坑(keng)的(de)(de)再鈍化(hua)(hua)。氮(dan)能(neng)促進(jin)不銹鋼(gang)鈍化(hua)(hua)膜中(zhong)鉻與(yu)鉬的(de)(de)富(fu)(fu)集，同時(shi)促進(jin)鈍化(hua)(hua)膜及其與(yu)金屬基體間(jian)氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)形成，從而改(gai)善(shan)鈍化(hua)(hua)膜的(de)(de)質量并降低缺(que)陷密度，提(ti)高其穩定性(xing)和對基體的(de)(de)保(bao)護(hu)能(neng)力。氮(dan)能(neng)抑制粗大富(fu)(fu)鉻碳化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)析(xi)出，減輕不銹鋼(gang)基體的(de)(de)貧鉻，從而降低富(fu)(fu)鉻碳化(hua)(hua)物(wu)析(xi)出對耐(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)不利(li)影響。此外，氮(dan)還能(neng)與(yu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)鉬元素協同改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)。
4. 抗疲(pi)勞(lao)性(xing)能優異
氮(dan)作為強奧(ao)氏(shi)體(ti)穩定元(yuan)素，能(neng)抑制(zhi)循環應變(bian)過程(cheng)中(zhong)形變(bian)誘(you)導馬(ma)氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)生成。此外，氮(dan)在不銹鋼(gang)中(zhong)能(neng)促進短程(cheng)有序的(de)(de)(de)形成，進而(er)促進位錯的(de)(de)(de)平面滑移，增加(jia)位錯滑移的(de)(de)(de)可(ke)逆性，降(jiang)低裂(lie)(lie)(lie)(lie)尖應力集中(zhong)程(cheng)度及塑(su)性累(lei)積(ji)水(shui)平，同(tong)時使裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)發生偏折，促進裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)閉合效(xiao)應，從而(er)延(yan)緩(huan)疲勞裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)擴展。針(zhen)對高氮(dan)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)，氮(dan)能(neng)抑制(zhi)粗(cu)大碳化物(wu)在原始奧(ao)氏(shi)體(ti)晶界(jie)(jie)和馬(ma)氏(shi)體(ti)板條界(jie)(jie)析出，改善組織的(de)(de)(de)均勻(yun)性，從而(er)增強其接觸疲勞性能(neng)。
5. 硬(ying)度高、耐磨性好
氮的固(gu)溶強化、細晶(jing)強化和析出強化，能(neng)顯著提(ti)(ti)高(gao)(gao)不銹(xiu)鋼的硬(ying)度。在提(ti)(ti)高(gao)(gao)不銹(xiu)鋼硬(ying)度的基礎上，氮也能(neng)提(ti)(ti)高(gao)(gao)其加工硬(ying)化能(neng)力，從而增強其耐磨損性能(neng)。
6. 抗氫脆(cui)性能好
氮具有強穩定奧氏(shi)體(ti)(ti)的(de)作用，能(neng)抑制(zhi)氫(qing)誘導馬氏(shi)體(ti)(ti)相變；能(neng)抑制(zhi)氫(qing)在(zai)外加(jia)應力作用下(xia)向晶格膨(peng)脹區的(de)遷移，使(shi)該區域(yu)難以(yi)達到微裂(lie)紋(wen)產(chan)生(sheng)及(ji)生(sheng)長所需的(de)臨界氫(qing)濃(nong)度(du)(du)，從(cong)而(er)抑制(zhi)裂(lie)紋(wen)的(de)形成；減緩(huan)氫(qing)在(zai)不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)擴散，抑制(zhi)裂(lie)紋(wen)擴展。此外，氮還能(neng)增加(jia)氫(qing)在(zai)不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)固溶(rong)度(du)(du)，從(cong)而(er)降低(di)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)氫(qing)脆敏感性。
7. 生物相容性優異
高氮不(bu)(bu)銹鋼是(shi)一種(zhong)以(yi)氮代鎳的材料，能避免鎳離子溶出(chu)引起的人(ren)體過敏反應(ying)。氮加入生物醫(yi)用不(bu)(bu)銹鋼中，能促進細胞增殖，避免炎(yan)癥出(chu)現(xian)，具(ju)有(you)優異的組織(zhi)相(xiang)容(rong)性(xing)。同時，提(ti)(ti)高氮含(han)量能減小(xiao)不(bu)(bu)銹鋼表面與血液(ye)的接觸角(jiao)，提(ti)(ti)高表面的色散(san)力分量，提(ti)(ti)升抗血小(xiao)板黏附能力，延長動(dong)態(tai)凝血初(chu)凝時間，大幅度(du)降(jiang)低血栓形成風險(xian)，使(shi)高氮不(bu)(bu)銹鋼具(ju)有(you)優異的血液(ye)相(xiang)容(rong)性(xing)。
8. 低(di)磁(ci)導率
氮作為一種(zhong)強奧(ao)氏體形成和穩(wen)定化元素，能顯著擴(kuo)大奧(ao)氏體相區(qu)并(bing)穩(wen)定奧(ao)氏體組織，從而使高氮奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼保持(chi)低的磁(ci)導率。
