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，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。

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

  1. 塊狀馬氏體

     含0.08％～0.17％N馬氏體呈現等軸狀、邊界光滑的塊狀形態，少數區域顯示不規則的鋸齒狀邊界，其中氮含量較高的近似于四邊形。這類馬氏體形態稱為塊狀馬氏體，是切變型馬氏體的轉變產物。

  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構，多個條平列而集結為束，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馬氏體形態呈現凸透鏡狀的片型位錯或孿晶亞結構，隨著氮含量的增高，李晶量增高，它帶有中脊，在光學顯微鏡下呈現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數影響回火轉變程序和回火組織的硬度值。

 含氮馬氏體（α＇）時效和回火轉變過程如下：

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

（2）第一回火階段，共格α＂-Fe₁₆N₂繼續長大，含氮馬氏體轉變為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轉變為α＋γ'-Fe₄N，構成在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轉化為α基本上分布著的穩定氮化物γ'-Fe₄N。

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

 低溫回火含碳馬氏體產生復雜結構共格的ε及χ碳化物，產生較大的應力，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降低，不出現二次硬化，而含氮馬氏體在淬火態硬度較低，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構；200℃回火，會形成很細的密排六方結構的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，Fe）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，長時間回火則轉變為（Cr，Fe）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為國外生產的一些高氮馬氏體不銹鋼的成分、性能和應用。