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(xiu)鋼”。
1. 組織細小
在高氮(dan)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)，氮(dan)能夠(gou)阻礙晶(jing)(jing)界(jie)遷移，細化晶(jing)(jing)粒(li)，也能顯著擴大(da)奧(ao)氏(shi)體相區(qu)，抑制或延緩金(jin)屬間相的析(xi)出(chu)。在高氮(dan)馬(ma)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)，氮(dan)能抑制鋼(gang)(gang)中(zhong)粗(cu)大(da)碳化物(wu)的析(xi)出(chu)，促進(jin)彌散細小氮(dan)化物(wu)的形成。此外(wai)，固溶氮(dan)和含(han)氮(dan)析(xi)出(chu)相能夠(gou)釘扎晶(jing)(jing)界(jie)，細化原始(shi)奧(ao)氏(shi)體晶(jing)(jing)粒(li)。
2. 高(gao)強韌性
固溶氮能(neng)(neng)引發(fa)晶格(ge)畸變(bian)，產生固溶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)作(zuo)用；含氮析出(chu)相能(neng)(neng)細化(hua)(hua)晶粒并阻礙位錯滑移(yi)(yi)，起到(dao)細晶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)和析出(chu)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)作(zuo)用。氮還能(neng)(neng)提高不(bu)銹鋼中(zhong)自由電子的(de)密度，釘扎位錯，增強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)晶格(ge)摩擦應(ying)力，提高細晶強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)效果。此(ci)外(wai)，在奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)，氮能(neng)(neng)促進位錯的(de)平(ping)面滑移(yi)(yi)，增強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)其(qi)加工硬化(hua)(hua)能(neng)(neng)力，提高均勻變(bian)形能(neng)(neng)力及流變(bian)應(ying)力；在馬氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)，氮能(neng)(neng)提高殘余奧(ao)氏(shi)(shi)體含量及其(qi)穩定性，增強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)抵(di)抗(kang)裂紋擴展的(de)能(neng)(neng)力，提高其(qi)沖擊韌性。因(yin)此(ci)，高氮不(bu)銹鋼具(ju)有較高的(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)韌性。
3. 高耐蝕性
固溶氮(dan)可以消耗(hao)點(dian)蝕坑中(zhong)(zhong)的(de)H+,改善局(ju)部(bu)腐蝕環境，促(cu)(cu)進點(dian)蝕坑的(de)再鈍(dun)(dun)化。氮(dan)能促(cu)(cu)進不(bu)銹鋼(gang)鈍(dun)(dun)化膜(mo)中(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)與(yu)鉬(mu)的(de)富(fu)集，同時促(cu)(cu)進鈍(dun)(dun)化膜(mo)及其與(yu)金屬基(ji)體(ti)間氮(dan)化物(wu)的(de)形成，從(cong)而(er)改善鈍(dun)(dun)化膜(mo)的(de)質量并降(jiang)低缺陷密(mi)度，提高其穩定性和(he)對(dui)基(ji)體(ti)的(de)保(bao)護能力。氮(dan)能抑制粗大富(fu)鉻(ge)(ge)碳化物(wu)的(de)析出，減(jian)輕不(bu)銹鋼(gang)基(ji)體(ti)的(de)貧鉻(ge)(ge)，從(cong)而(er)降(jiang)低富(fu)鉻(ge)(ge)碳化物(wu)析出對(dui)耐蝕性的(de)不(bu)利(li)影響。此外，氮(dan)還(huan)能與(yu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)鉬(mu)元(yuan)素協(xie)同改善不(bu)銹鋼(gang)的(de)耐腐蝕性能。
4. 抗(kang)疲(pi)勞性能優異
氮(dan)(dan)作為強奧氏(shi)體(ti)穩定元素(su)，能(neng)抑制(zhi)循環應(ying)(ying)(ying)變過程中(zhong)形變誘導馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)。此外，氮(dan)(dan)在(zai)不銹鋼中(zhong)能(neng)促進(jin)短程有(you)序的(de)(de)形成(cheng)，進(jin)而促進(jin)位錯的(de)(de)平(ping)面(mian)滑移，增加位錯滑移的(de)(de)可逆(ni)性，降低(di)裂尖(jian)應(ying)(ying)(ying)力集中(zhong)程度及(ji)塑性累積(ji)水平(ping)，同時使裂紋發(fa)生(sheng)偏(pian)折(zhe)，促進(jin)裂紋的(de)(de)閉(bi)合效應(ying)(ying)(ying)，從而延緩疲勞裂紋的(de)(de)擴展。針(zhen)對高氮(dan)(dan)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼，氮(dan)(dan)能(neng)抑制(zhi)粗大碳化物在(zai)原始奧氏(shi)體(ti)晶(jing)界(jie)和馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)板條界(jie)析(xi)出，改善組織的(de)(de)均勻性，從而增強其接觸疲勞性能(neng)。
5. 硬度高(gao)、耐磨(mo)性好
氮的固(gu)溶強(qiang)(qiang)化(hua)、細(xi)晶(jing)強(qiang)(qiang)化(hua)和析(xi)出(chu)強(qiang)(qiang)化(hua)，能(neng)顯著提(ti)高(gao)不(bu)(bu)銹鋼的硬(ying)度。在(zai)提(ti)高(gao)不(bu)(bu)銹鋼硬(ying)度的基(ji)礎(chu)上(shang)，氮也能(neng)提(ti)高(gao)其加工硬(ying)化(hua)能(neng)力，從而增強(qiang)(qiang)其耐磨損(sun)性能(neng)。
6. 抗氫脆性能(neng)好
氮具有強穩定(ding)奧氏體(ti)的(de)作用，能(neng)抑制(zhi)(zhi)氫誘導馬(ma)氏體(ti)相(xiang)變(bian)；能(neng)抑制(zhi)(zhi)氫在外加(jia)應力作用下向晶格(ge)膨脹區的(de)遷(qian)移，使(shi)該區域難以達(da)到(dao)微裂(lie)紋產(chan)生及生長所需的(de)臨界氫濃度(du)(du)，從(cong)(cong)而(er)抑制(zhi)(zhi)裂(lie)紋的(de)形成；減緩氫在不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)擴(kuo)散(san)，抑制(zhi)(zhi)裂(lie)紋擴(kuo)展。此外，氮還能(neng)增加(jia)氫在不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)固溶度(du)(du)，從(cong)(cong)而(er)降低不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)氫脆(cui)敏感性。
7. 生物相容性優異
高(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)是一種以氮代鎳的(de)材料，能(neng)避免(mian)鎳離子溶出引起的(de)人體過敏反應。氮加入(ru)生物醫(yi)用不(bu)銹鋼(gang)中，能(neng)促進細胞增(zeng)殖，避免(mian)炎癥出現，具有優(you)異的(de)組織相容性。同時，提高(gao)(gao)氮含量能(neng)減小(xiao)不(bu)銹鋼(gang)表面與血(xue)液的(de)接觸角，提高(gao)(gao)表面的(de)色(se)散力分量，提升抗血(xue)小(xiao)板黏(nian)附能(neng)力，延長動態凝血(xue)初凝時間，大幅(fu)度(du)降低血(xue)栓(shuan)形成風險(xian)，使高(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)具有優(you)異的(de)血(xue)液相容性。
8. 低磁導(dao)率
氮作為一(yi)種強奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)形(xing)成和穩(wen)(wen)定化元素，能顯著擴(kuo)大奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相區并(bing)穩(wen)(wen)定奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組織，從而使(shi)高(gao)氮奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼保持(chi)低(di)的磁導率。
