氮对高氮钢力学性能的影响与氮在钢中存在的状态有关。氮在高氮奥氏体不锈钢管中以两种方式存在，即固溶态氮和以氮化物形式存在的氮。前者决定氮对钢起固溶强化作用，后者起沉淀析出强化作用。

钢中的氮和碳都是以间隙原子存在，在基体中氮原子占据晶格位置不同。氮占据的位置是八面体间隙，更容易在钢中均匀分布，而且氮化物与基体之间的界面能比较小，所以相对于碳化物来说更易形成弥散强化四0。此外，氮的存在限制和减少了基体中的不完全位错，杂质原子的位错运动也得到限制，强化效应也更明星。高氮钢中的平面位错大致使钢的蠕变率小。

钢中含氮量的多少直接影响高氮钢的力学性能。大量研究结果表明氮元素在提高高氮钢硬度的同时，材料的韧性和塑性并没有改变。图1-2是国外学者Simmons对Fe（172-2）Cr-（8~13）Mn-5Ni高氮钢力学性能研究的结果，第一个图显示随着氮含量的增加，试验钢的屈服强度和抗拉强度也提高，两者之间基本上呈现一种线性关系；第二个图则是试验钢塑性和韧性的实验结果，说明氮含量的增加对塑性和韧性影响不大。

国内外大量研究表明氮对高氮钢力学性能的强化机理可以归为电子交换、和晶格缺陷以及溶质原子的相互作用、降低堆剁层错能、沉淀析出等几个方面。

（1）电子交换机理认为是钢中自由电子多，金属键也就会越强，钢的强度从而也会很高。

（2）与晶格缺陷的相互作用。氮元素和碳元素都是固溶强化元素，二者相比，碳与晶界的亲和力大，会有碳化物从晶界析出，降低不锈钢管的耐蚀性。尽管氮比碳的原子半径小，但氮元素钉扎位错的效果很明显，所以，氮使奥氏体不锈钢管产生的膨胀作用比较大，而且氮原子与位错的相互作用还可以提高不锈钢管的强度。

（3）与溶质原子的相互作用。置换型元素与钢中的间隙氮原子形成一类置换加间隙型原子化合物。氮原子在奥氏体不锈钢管基体中短程有序，使得合金元素分布均匀，奥氏体不锈钢管的稳定性也得以增加。当对试验钢进行变形处理，氮原子可以降低堆剁层错能，平面滑移更加顺畅，抑制位错移除滑移面。

（4）堆剁层错能。合金中的自由电子比例与堆垛层错能呈现一种相反的关系，前者越高，后者越低。

（5）沉淀析出。氮元素的存在使得碳化物的形核被推迟了，M23C。碳化物的沉淀析出也被延缓，并且与奥氏体基体的错配度以及界面能也降低，并进一步抑制析出物的长大，所以M23C6碳化物的形成速度变慢。

氮固溶在奥氏体不锈钢管中不仅可以提高不锈钢管强度，使得其断裂韧性不降低，如图1-3所示，并且不锈钢管中所固溶的氮含量的提高，使得其抗蠕变性能也变好。氮元素还可以和奥氏体不锈钢管中的锯元素结合，生成锯氮化合物，晶粒边界弥散分布着锐氮化合物，提高了不锈钢管的抗蠕变性能。但是，氮对不锈钢管的低温韧性有不良影响，使得在低温下材料容易出现断裂。