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(ao)氏(shi)體不銹鋼中的含量，可將含氮奧氏體不(bu)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)不銹鋼”。
1. 組織細小(xiao)
在(zai)高氮(dan)(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中，氮(dan)(dan)能(neng)夠阻礙晶界遷移，細(xi)化(hua)晶粒(li)，也能(neng)顯著擴大(da)(da)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相區，抑制或延緩(huan)金屬間相的析(xi)出(chu)。在(zai)高氮(dan)(dan)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中，氮(dan)(dan)能(neng)抑制鋼中粗大(da)(da)碳化(hua)物的析(xi)出(chu)，促進(jin)彌散細(xi)小(xiao)氮(dan)(dan)化(hua)物的形成。此外，固溶氮(dan)(dan)和含氮(dan)(dan)析(xi)出(chu)相能(neng)夠釘扎晶界，細(xi)化(hua)原始奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒(li)。
2. 高強(qiang)韌性
固溶氮能(neng)引發晶格畸變(bian)，產生(sheng)固溶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)作(zuo)用；含(han)氮析(xi)(xi)出相能(neng)細化(hua)(hua)晶粒并阻礙位錯滑(hua)移(yi)，起(qi)到細晶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)和(he)析(xi)(xi)出強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)作(zuo)用。氮還(huan)能(neng)提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)自由電子的(de)密(mi)度，釘扎位錯，增(zeng)強(qiang)(qiang)晶格摩(mo)擦(ca)應(ying)力，提(ti)(ti)高(gao)(gao)細晶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)效果(guo)。此外，在奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)，氮能(neng)促進位錯的(de)平面滑(hua)移(yi)，增(zeng)強(qiang)(qiang)其(qi)加(jia)工硬化(hua)(hua)能(neng)力，提(ti)(ti)高(gao)(gao)均勻變(bian)形能(neng)力及流變(bian)應(ying)力；在馬氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)，氮能(neng)提(ti)(ti)高(gao)(gao)殘余奧氏體(ti)含(han)量及其(qi)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)，增(zeng)強(qiang)(qiang)抵(di)抗裂紋擴展的(de)能(neng)力，提(ti)(ti)高(gao)(gao)其(qi)沖(chong)擊韌性(xing)(xing)(xing)。因(yin)此，高(gao)(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)具有較高(gao)(gao)的(de)強(qiang)(qiang)韌性(xing)(xing)(xing)。
3. 高耐蝕(shi)性(xing)
固溶氮(dan)(dan)可以消耗點蝕(shi)坑中的(de)(de)H+,改(gai)善(shan)局部腐(fu)蝕(shi)環境，促(cu)進點蝕(shi)坑的(de)(de)再鈍化(hua)(hua)。氮(dan)(dan)能促(cu)進不銹鋼鈍化(hua)(hua)膜中鉻(ge)(ge)與(yu)鉬(mu)的(de)(de)富集(ji)，同時促(cu)進鈍化(hua)(hua)膜及其與(yu)金(jin)屬(shu)基體間氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物的(de)(de)形成，從而改(gai)善(shan)鈍化(hua)(hua)膜的(de)(de)質量并(bing)降低(di)缺陷(xian)密(mi)度，提(ti)高其穩定性(xing)和對基體的(de)(de)保護能力。氮(dan)(dan)能抑制粗大富鉻(ge)(ge)碳化(hua)(hua)物的(de)(de)析(xi)出，減輕不銹鋼基體的(de)(de)貧鉻(ge)(ge)，從而降低(di)富鉻(ge)(ge)碳化(hua)(hua)物析(xi)出對耐蝕(shi)性(xing)的(de)(de)不利影響。此外，氮(dan)(dan)還能與(yu)鋼中的(de)(de)鉬(mu)元素協同改(gai)善(shan)不銹鋼的(de)(de)耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)能。
4. 抗疲勞性能(neng)優異
氮(dan)作為強奧氏(shi)體穩定元(yuan)素(su)，能(neng)抑制循環(huan)應變過程(cheng)(cheng)中(zhong)形(xing)變誘(you)導(dao)馬氏(shi)體的(de)生(sheng)成。此(ci)外，氮(dan)在(zai)不銹鋼中(zhong)能(neng)促(cu)進短程(cheng)(cheng)有序的(de)形(xing)成，進而促(cu)進位錯的(de)平(ping)面滑移(yi)，增(zeng)加位錯滑移(yi)的(de)可逆性(xing)，降低裂(lie)尖應力集中(zhong)程(cheng)(cheng)度及(ji)塑(su)性(xing)累積水平(ping)，同時使裂(lie)紋發生(sheng)偏折，促(cu)進裂(lie)紋的(de)閉(bi)合效應，從而延緩疲勞裂(lie)紋的(de)擴展。針對高(gao)氮(dan)馬氏(shi)體不銹鋼，氮(dan)能(neng)抑制粗大(da)碳化(hua)物(wu)在(zai)原始奧氏(shi)體晶界(jie)和馬氏(shi)體板條(tiao)界(jie)析(xi)出，改善組織的(de)均勻性(xing)，從而增(zeng)強其接觸疲勞性(xing)能(neng)。
5. 硬度高、耐磨性好
氮(dan)的(de)固溶強化(hua)、細晶強化(hua)和析出強化(hua)，能(neng)顯著(zhu)提高(gao)不銹(xiu)鋼的(de)硬度(du)。在提高(gao)不銹(xiu)鋼硬度(du)的(de)基礎(chu)上(shang)，氮(dan)也能(neng)提高(gao)其加工硬化(hua)能(neng)力，從(cong)而增強其耐磨(mo)損性能(neng)。
6. 抗氫脆性(xing)能好
氮(dan)具有(you)強(qiang)穩定奧氏(shi)體的作(zuo)用，能(neng)抑(yi)(yi)制(zhi)氫誘導馬氏(shi)體相變；能(neng)抑(yi)(yi)制(zhi)氫在外加(jia)應力作(zuo)用下向晶(jing)格膨脹區的遷移，使(shi)該區域難以達到(dao)微裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)產生及生長(chang)所需(xu)的臨界氫濃度，從而抑(yi)(yi)制(zhi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)的形成；減緩氫在不銹鋼中(zhong)(zhong)的擴(kuo)散(san)，抑(yi)(yi)制(zhi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展。此外，氮(dan)還能(neng)增加(jia)氫在不銹鋼中(zhong)(zhong)的固溶度，從而降低不銹鋼的氫脆敏感性。
7. 生物相容性(xing)優異
高氮(dan)不銹鋼(gang)是一種(zhong)以氮(dan)代(dai)鎳的(de)(de)材料，能避(bi)免(mian)鎳離子溶出(chu)引起的(de)(de)人體過(guo)敏反應。氮(dan)加入生物醫用不銹鋼(gang)中，能促進細胞(bao)增殖，避(bi)免(mian)炎癥出(chu)現，具有(you)優異(yi)的(de)(de)組(zu)織相(xiang)容性。同(tong)時，提(ti)高氮(dan)含量能減小不銹鋼(gang)表面與血(xue)液的(de)(de)接觸角，提(ti)高表面的(de)(de)色(se)散(san)力分量，提(ti)升抗血(xue)小板黏附能力，延(yan)長(chang)動態凝血(xue)初凝時間，大(da)幅度降低(di)血(xue)栓形成風險，使高氮(dan)不銹鋼(gang)具有(you)優異(yi)的(de)(de)血(xue)液相(xiang)容性。
8. 低磁(ci)導率(lv)
氮(dan)(dan)作為一種(zhong)強(qiang)奧(ao)氏體(ti)(ti)形成和穩定(ding)化元素，能顯著擴(kuo)大奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)區并穩定(ding)奧(ao)氏體(ti)(ti)組織，從而使高氮(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼保持低(di)的磁導(dao)率。
