高氮鋼是近年來(lái)隨著冶金科技進(jìn)步出現(xiàn)的一種新型工程材料。著名的高氮鋼專家Speidel認(rèn)為，根據(jù)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(shí)，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(shí)際氮含量超過(guò)了在常壓下（0.1MPa,1600℃)制備材料所能達(dá)到的極限值的鋼。同時(shí)，研究者也通常把氮含量超過(guò)0.40%的奧氏體不銹鋼稱為“高氮鋼”。由于氮元素主要應(yīng)用在不銹鋼中，因此“高氮鋼”也稱為“高氮不銹鋼”。
1. 組織細(xì)小
在高氮奧氏體不銹鋼中，氮能夠阻礙晶界遷移，細(xì)化晶粒，也能顯著擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，抑制或延緩金屬間相的析出。在高氮馬氏體不銹鋼中，氮能抑制鋼中粗大碳化物的析出，促進(jìn)彌散細(xì)小氮化物的形成。此外，固溶氮和含氮析出相能夠釘扎晶界，細(xì)化原始奧氏體晶粒。
2. 高強(qiáng)韌性
固溶氮能引發(fā)晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用；含氮析出相能細(xì)化晶粒并阻礙位錯(cuò)滑移，起到細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的作用。氮還能提高不銹鋼中自由電子的密度，釘扎位錯(cuò)，增強(qiáng)晶格摩擦應(yīng)力，提高細(xì)晶強(qiáng)化的效果。此外，在奧氏體不銹鋼中，氮能促進(jìn)位錯(cuò)的平面滑移，增強(qiáng)其加工硬化能力，提高均勻變形能力及流變應(yīng)力；在馬氏體不銹鋼中，氮能提高殘余奧氏體含量及其穩(wěn)定性，增強(qiáng)抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，提高其沖擊韌性。因此，高氮不銹鋼具有較高的強(qiáng)韌性。
3. 高耐蝕性
固溶氮可以消耗點(diǎn)蝕坑中的H+,改善局部腐蝕環(huán)境，促進(jìn)點(diǎn)蝕坑的再鈍化。氮能促進(jìn)不銹鋼鈍化膜中鉻與鉬的富集，同時(shí)促進(jìn)鈍化膜及其與金屬基體間氮化物的形成，從而改善鈍化膜的質(zhì)量并降低缺陷密度，提高其穩(wěn)定性和對(duì)基體的保護(hù)能力。氮能抑制粗大富鉻碳化物的析出，減輕不銹鋼基體的貧鉻，從而降低富鉻碳化物析出對(duì)耐蝕性的不利影響。此外，氮還能與鋼中的鉬元素協(xié)同改善不銹鋼的耐腐蝕性能。
4. 抗疲勞性能優(yōu)異
氮作為強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定元素，能抑制循環(huán)應(yīng)變過(guò)程中形變誘導(dǎo)馬氏體的生成。此外，氮在不銹鋼中能促進(jìn)短程有序的形成，進(jìn)而促進(jìn)位錯(cuò)的平面滑移，增加位錯(cuò)滑移的可逆性，降低裂尖應(yīng)力集中程度及塑性累積水平，同時(shí)使裂紋發(fā)生偏折，促進(jìn)裂紋的閉合效應(yīng)，從而延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展。針對(duì)高氮馬氏體不銹鋼，氮能抑制粗大碳化物在原始奧氏體晶界和馬氏體板條界析出，改善組織的均勻性，從而增強(qiáng)其接觸疲勞性能。
5. 硬度高、耐磨性好
氮的固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化，能顯著提高不銹鋼的硬度。在提高不銹鋼硬度的基礎(chǔ)上，氮也能提高其加工硬化能力，從而增強(qiáng)其耐磨損性能。
6. 抗氫脆性能好
氮具有強(qiáng)穩(wěn)定奧氏體的作用，能抑制氫誘導(dǎo)馬氏體相變；能抑制氫在外加應(yīng)力作用下向晶格膨脹區(qū)的遷移，使該區(qū)域難以達(dá)到微裂紋產(chǎn)生及生長(zhǎng)所需的臨界氫濃度，從而抑制裂紋的形成；減緩氫在不銹鋼中的擴(kuò)散，抑制裂紋擴(kuò)展。此外，氮還能增加氫在不銹鋼中的固溶度，從而降低不銹鋼的氫脆敏感性。
7. 生物相容性優(yōu)異
高氮不銹鋼是一種以氮代鎳的材料，能避免鎳離子溶出引起的人體過(guò)敏反應(yīng)。氮加入生物醫(yī)用不銹鋼中，能促進(jìn)細(xì)胞增殖，避免炎癥出現(xiàn)，具有優(yōu)異的組織相容性。同時(shí)，提高氮含量能減小不銹鋼表面與血液的接觸角，提高表面的色散力分量，提升抗血小板黏附能力，延長(zhǎng)動(dòng)態(tài)凝血初凝時(shí)間，大幅度降低血栓形成風(fēng)險(xiǎn)，使高氮不銹鋼具有優(yōu)異的血液相容性。
8. 低磁導(dǎo)率
氮作為一種強(qiáng)奧氏體形成和穩(wěn)定化元素，能顯著擴(kuò)大奧氏體相區(qū)并穩(wěn)定奧氏體組織，從而使高氮奧氏體不銹鋼保持低的磁導(dǎo)率。
