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(bu)銹鋼(gang)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(gao)氮不銹(xiu)鋼”。
1. 組織細(xi)小
在高氮(dan)奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中，氮(dan)能(neng)夠阻礙(ai)晶(jing)界遷移(yi)，細(xi)(xi)化(hua)晶(jing)粒，也(ye)能(neng)顯著擴大(da)奧氏體(ti)(ti)相(xiang)區，抑制或(huo)延緩金屬間相(xiang)的(de)析(xi)(xi)出。在高氮(dan)馬氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中，氮(dan)能(neng)抑制鋼中粗大(da)碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)析(xi)(xi)出，促進彌散細(xi)(xi)小氮(dan)化(hua)物(wu)的(de)形成。此外，固(gu)溶氮(dan)和含氮(dan)析(xi)(xi)出相(xiang)能(neng)夠釘扎晶(jing)界，細(xi)(xi)化(hua)原始奧氏體(ti)(ti)晶(jing)粒。
2. 高強韌(ren)性
固溶氮(dan)能(neng)引(yin)發晶(jing)(jing)格(ge)畸變(bian)，產生固溶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)作用(yong)；含(han)氮(dan)析(xi)出相能(neng)細化(hua)(hua)晶(jing)(jing)粒并阻礙位(wei)錯(cuo)滑移，起到細晶(jing)(jing)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)和析(xi)出強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)作用(yong)。氮(dan)還能(neng)提(ti)(ti)高(gao)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中自由電(dian)子(zi)的(de)(de)(de)密度(du)，釘扎位(wei)錯(cuo)，增(zeng)強(qiang)(qiang)晶(jing)(jing)格(ge)摩擦應(ying)力(li)，提(ti)(ti)高(gao)細晶(jing)(jing)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)效果(guo)。此外，在奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中，氮(dan)能(neng)促進位(wei)錯(cuo)的(de)(de)(de)平面滑移，增(zeng)強(qiang)(qiang)其(qi)加工硬化(hua)(hua)能(neng)力(li)，提(ti)(ti)高(gao)均(jun)勻變(bian)形(xing)能(neng)力(li)及(ji)流變(bian)應(ying)力(li)；在馬氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中，氮(dan)能(neng)提(ti)(ti)高(gao)殘余奧氏(shi)體(ti)(ti)含(han)量及(ji)其(qi)穩定性(xing)，增(zeng)強(qiang)(qiang)抵抗(kang)裂紋擴(kuo)展的(de)(de)(de)能(neng)力(li)，提(ti)(ti)高(gao)其(qi)沖擊(ji)韌(ren)性(xing)。因此，高(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)韌(ren)性(xing)。
3. 高(gao)耐蝕性
固溶氮(dan)可以(yi)消耗點蝕(shi)(shi)坑(keng)中(zhong)的(de)(de)H+,改(gai)善(shan)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環境，促進(jin)點蝕(shi)(shi)坑(keng)的(de)(de)再(zai)鈍化(hua)。氮(dan)能(neng)(neng)促進(jin)不(bu)銹鋼(gang)鈍化(hua)膜(mo)中(zhong)鉻與(yu)鉬的(de)(de)富(fu)集(ji)，同時促進(jin)鈍化(hua)膜(mo)及其與(yu)金屬基體(ti)(ti)(ti)間氮(dan)化(hua)物的(de)(de)形成(cheng)，從而(er)(er)改(gai)善(shan)鈍化(hua)膜(mo)的(de)(de)質量(liang)并降低(di)缺陷密度，提高其穩定性(xing)(xing)和(he)對基體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)保護能(neng)(neng)力。氮(dan)能(neng)(neng)抑制粗大(da)富(fu)鉻碳(tan)化(hua)物的(de)(de)析(xi)出，減輕不(bu)銹鋼(gang)基體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)貧(pin)鉻，從而(er)(er)降低(di)富(fu)鉻碳(tan)化(hua)物析(xi)出對耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)不(bu)利影響。此外，氮(dan)還(huan)能(neng)(neng)與(yu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)鉬元素(su)協同改(gai)善(shan)不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。
4. 抗疲勞性能優異
氮作為強(qiang)奧(ao)氏體穩定元素，能(neng)抑制循(xun)環應變過(guo)程中(zhong)形變誘導馬(ma)氏體的(de)(de)生(sheng)成。此外，氮在不(bu)銹鋼中(zhong)能(neng)促進(jin)短程有序的(de)(de)形成，進(jin)而促進(jin)位錯(cuo)(cuo)的(de)(de)平(ping)面滑移(yi)，增(zeng)加位錯(cuo)(cuo)滑移(yi)的(de)(de)可逆性，降低裂(lie)尖應力集中(zhong)程度(du)及(ji)塑性累積水平(ping)，同(tong)時使裂(lie)紋發生(sheng)偏折，促進(jin)裂(lie)紋的(de)(de)閉合效應，從而延(yan)緩疲(pi)勞裂(lie)紋的(de)(de)擴展(zhan)。針對(dui)高(gao)氮馬(ma)氏體不(bu)銹鋼，氮能(neng)抑制粗(cu)大(da)碳化(hua)物(wu)在原始奧(ao)氏體晶界(jie)和馬(ma)氏體板(ban)條界(jie)析出，改善組織的(de)(de)均勻性，從而增(zeng)強(qiang)其(qi)接觸疲(pi)勞性能(neng)。
5. 硬度高、耐磨(mo)性好
氮的固溶強(qiang)(qiang)化、細晶強(qiang)(qiang)化和析出強(qiang)(qiang)化，能(neng)顯著提高不銹鋼的硬度。在提高不銹鋼硬度的基(ji)礎上(shang)，氮也能(neng)提高其(qi)加工(gong)硬化能(neng)力，從而增強(qiang)(qiang)其(qi)耐磨(mo)損性(xing)能(neng)。
6. 抗(kang)氫脆性能好
氮(dan)具(ju)有強穩定奧氏(shi)體的(de)(de)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(zai)(zai)外(wai)加(jia)應力作(zuo)用下向晶格膨脹區的(de)(de)遷(qian)移，使該(gai)區域難以達到微裂紋產生及生長所需的(de)(de)臨界氫濃度，從而抑(yi)(yi)制(zhi)裂紋的(de)(de)形成(cheng)；減(jian)緩氫在(zai)(zai)不銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)散，抑(yi)(yi)制(zhi)裂紋擴(kuo)展。此(ci)外(wai)，氮(dan)還能(neng)增加(jia)氫在(zai)(zai)不銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)固溶度，從而降低不銹鋼(gang)的(de)(de)氫脆敏感(gan)性。
7. 生物相(xiang)容性優異(yi)
高氮(dan)不(bu)銹鋼是一種以氮(dan)代(dai)鎳的(de)材(cai)料，能(neng)避免鎳離子溶(rong)出引起的(de)人體過敏(min)反應(ying)。氮(dan)加入生(sheng)物醫用不(bu)銹鋼中，能(neng)促進細胞增(zeng)殖，避免炎癥(zheng)出現，具(ju)有(you)優(you)異的(de)組織相(xiang)容性。同時，提(ti)高氮(dan)含(han)量能(neng)減(jian)小不(bu)銹鋼表(biao)面與血(xue)(xue)液的(de)接觸角(jiao)，提(ti)高表(biao)面的(de)色散力分量，提(ti)升抗(kang)血(xue)(xue)小板黏(nian)附能(neng)力，延長動態凝(ning)血(xue)(xue)初凝(ning)時間，大(da)幅(fu)度(du)降低血(xue)(xue)栓形成(cheng)風險，使高氮(dan)不(bu)銹鋼具(ju)有(you)優(you)異的(de)血(xue)(xue)液相(xiang)容性。
8. 低磁(ci)導率
氮作為一種強奧氏(shi)(shi)體形成和穩定化元素(su)，能顯著擴(kuo)大奧氏(shi)(shi)體相區并穩定奧氏(shi)(shi)體組織(zhi)，從而使(shi)高(gao)氮奧氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼保持低的磁導率。
