馬氏體不銹鋼一般含有11.5％～19％Cr和低于1.20％的碳，有時加入一定量的強碳化物形成元素Mo、V等，以進一步提高強度和高溫性能。如果鋼中加入氮元素代替碳或部分碳，將會影響馬氏體的形態(tài)，形成碳氮化物及氮化物，從而影響鋼的性能。氮在α-Fe中，590℃時的最大溶解度為0.1％；在γ-Fe中，650℃時的最大溶解度為2.8％。

  含氮馬氏體Ms點隨氮含量的增高而減低，但氮降低Ms點的作用小于碳，實際上氮穩(wěn)定奧氏體的作用較碳為高。Fe-N馬氏體的正方度c/a較Fe-C體的正方度要高。當(dāng)含氮馬氏體中的氮含量與含碳馬氏體中的碳含量相同時，氮馬氏體的c大于碳馬氏體，a亦然，但碳馬氏體的a降低幅度更高。因此，氮馬氏體的c/a值要高些。這可能與氮合金化引起的高濃度自由電子和短程有序有關(guān)。

 低氮和高氮馬氏體形態(tài)與碳馬氏體相似。以下分述各類Fe-N馬氏體的形態(tài)特點：

  1. 塊狀馬氏體

     含0.08％～0.17％N馬氏體呈現(xiàn)等軸狀、邊界光滑的塊狀形態(tài)，少數(shù)區(qū)域顯示不規(guī)則的鋸齒狀邊界，其中氮含量較高的近似于四邊形。這類馬氏體形態(tài)稱為塊狀馬氏體，是切變型馬氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。

  2. 條狀馬氏體

    含0.2％～0.7％N的馬氏體呈條狀，具有高密度位錯的亞結(jié)構(gòu)，多個條平列而集結(jié)為束，條寬度范圍為0.3～3μm，平均寬度約為1μm，條間以小位向差邊界相隔。

  3. 片狀馬氏體

    氮含量提高到0.7％～2.4％的Fe-N馬氏體形態(tài)呈現(xiàn)凸透鏡狀的片型位錯或?qū)\晶亞結(jié)構(gòu)，隨著氮含量的增高，李晶量增高，它帶有中脊，在光學(xué)顯微鏡下呈現(xiàn)在殘余奧氏體的基體上多向分布的針狀組織。

  4. 薄板馬氏體

   在Fe-（2.6％～2.7％）N馬氏體組織中觀察到一種薄板馬氏體，這種薄板馬氏體為全（211）。孿晶，無中脊。

  在Fe-N馬氏體組織中殘存著較Fe-C馬氏體組織更多的殘余奧氏體。殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)影響回火轉(zhuǎn)變程序和回火組織的硬度值。

 含氮馬氏體（α＇）時效和回火轉(zhuǎn)變過程如下：

（1）在時效階段，含氮馬氏體產(chǎn)生調(diào)幅分解的氮原子局部聚集和有序化，構(gòu)成在α'基體上共格a＂-Fe₁₆N₂薄片。

（2）第一回火階段，共格α＂-Fe₁₆N₂繼續(xù)長大，含氮馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="font-size: 16px;">α'基體上分布著層片狀半共格或非共格的a＂-Fe₁₆N₂組織。

（3）第二回火階段，淬火組織中的殘余奧氏體YR轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒?#39;-Fe₄N，構(gòu)成在α基體上分布著的y薄片組織。

（4）第三回火階段，過渡氮化物α'-Fe16N2轉(zhuǎn)化為α基本上分布著的穩(wěn)定氮化物γ'-Fe₄N。

 Fe-N馬氏體α經(jīng)過時效和回火階段轉(zhuǎn)變后形成在α基本上分布著的γ'-Fe₄N片組織。

 低溫回火含碳馬氏體產(chǎn)生復(fù)雜結(jié)構(gòu)共格的ε及χ碳化物，產(chǎn)生較大的應(yīng)力，與含量相同的含氮馬氏體比較，其硬度較高。

 在淬火條件下，含碳馬氏體硬度隨回火溫度升高而單調(diào)降低，不出現(xiàn)二次硬化，而含氮馬氏體在淬火態(tài)硬度較低，但隨回火溫度的提高，硬度一直在提高，450℃時達最大值。當(dāng)碳和氮同時存在時，回火溫度為100℃時有一次硬化，然后降低直至300℃，隨后升高，在450℃出現(xiàn)最大的二次硬化。此時，鋼中形成很細小均勻的氮化物γ'-Fe4N和滲碳體。

 回火含氮馬氏體位錯具有較高的遷移性，因此回火含氮馬氏體的韌性高于回火含碳馬氏體。

 含氮馬氏體不銹鋼在100℃以下回火不改變馬氏體的結(jié)構(gòu)；200℃回火，會形成很細的密排六方結(jié)構(gòu)的ε-（Fe，Cr）₂N及ε-（Fe，Cr）₂C；300℃時，細小的ε-（Fe，Cr）₂N含量提高并轉(zhuǎn)變成ξ-（Fe，Cr）₂N；之后在500℃之前ξ-（Fe，Cr）₂N氮化物粗化。含氮馬氏體在600～650℃回火，會形成片狀的（Fe，Cr）₂N及一些球狀（Cr，F(xiàn)e）₂N。對于含碳馬氏體，在600～650℃回火，碳化物粗化成滲碳體。含碳馬氏體600～650℃回火還有（Fe，Cr）₇C₃析出，長時間回火則轉(zhuǎn)變?yōu)椋–r，F(xiàn)e）₂₃C₆。

 在馬氏體不銹鋼中，除Cr元素外，常加入Nb、V等強碳化物形成元素。在含氮馬氏體不銹鋼中，氮化物與碳化物相比細小而分布均勻，因此回火后改善了氮合金化馬氏體鋼的力學(xué)性能。在600～700℃回火，氮與Nb、V形成（Nb，V）X型氮化物及Cr₂N，因此二次硬度提高至更高水平。在某些情況下，500℃回火時會析出（Nb，V）（C，N）及納米尺寸的（Fe，Cr，V）（C，N），從而提高了強度。氮合金化鋼使殘余奧氏體更加穩(wěn)定而且保留了固溶的鉻以提高耐蝕性，延遲了M₂₃C₆及M₆C型碳化物的析出。

 表9.78為國外生產(chǎn)的一些高氮馬氏體不銹鋼的成分、性能和應(yīng)用。