马氏体不锈钢一般含有11.5％～19％Cr和低于1.20％的碳，有时加入一定量的强碳化物形成元素Mo、V等，以进一步提高强度和高温性能。如果钢中加入氮元素代替碳或部分碳，将会影响马氏体的形态，形成碳氮化物及氮化物，从而影响钢的性能。氮在α-Fe中，590℃时的最大溶解度为0.1％；在γ-Fe中，650℃时的最大溶解度为2.8％。
含氮马氏体Ms点随氮含量的增高而减低，但氮降低Ms点的作用小于碳，实际上氮稳定奥氏体的作用较碳为高。Fe-N马氏体的正方度c/a较Fe-C体的正方度要高。当含氮马氏体中的氮含量与含碳马氏体中的碳含量相同时，氮马氏体的c大于碳马氏体，a亦然，但碳马氏体的a降低幅度更高。因此，氮马氏体的c/a值要高些。这可能与氮合金化引起的高浓度自由电子和短程有序有关。
低氮和高氮马氏体形态与碳马氏体相似。以下分述各类Fe-N马氏体的形态特点：
1. 块状马氏体
含0.08％～0.17％N马氏体呈现等轴状、边界光滑的块状形态，少数区域显示不规则的锯齿状边界，其中氮含量较高的近似于四边形。这类马氏体形态称为块状马氏体，是切变型马氏体的转变产物。
2. 条状马氏体
含0.2％～0.7％N的马氏体呈条状，具有高密度位错的亚结构，多个条平列而集结为束，条宽度范围为0.3～3μm，平均宽度约为1μm，条间以小位向差边界相隔。
3. 片状马氏体
氮含量提高到0.7％～2.4％的Fe-N马氏体形态呈现凸透镜状的片型位错或孪晶亚结构，随着氮含量的增高，李晶量增高，它带有中脊，在光学显微镜下呈现在残余奥氏体的基体上多向分布的针状组织。
4. 薄板马氏体
在Fe-（2.6％～2.7％）N马氏体组织中观察到一种薄板马氏体，这种薄板马氏体为全（211）。孪晶，无中脊。
在Fe-N马氏体组织中残存着较Fe-C马氏体组织更多的残余奥氏体。残余奥氏体的体积分数影响回火转变程序和回火组织的硬度值。
含氮马氏体（α＇）时效和回火转变过程如下：
（1）在时效阶段，含氮马氏体产生调幅分解的氮原子局部聚集和有序化，构成在α'基体上共格a＂-Fe16N2薄片。
（2）第一回火阶段，共格α＂-Fe16N2继续长大，含氮马氏体转变为α'基体上分布着层片状半共格或非共格的a＂-Fe16N2组织。
（3）第二回火阶段，淬火组织中的残余奥氏体YR转变为α＋γ'-Fe4N，构成在α基体上分布着的y薄片组织。
（4）第三回火阶段，过渡氮化物α'-Fe16N2转化为α基本上分布着的稳定氮化物γ'-Fe4N。
Fe-N马氏体α经过时效和回火阶段转变后形成在α基本上分布着的γ'-Fe4N片组织。
低温回火含碳马氏体产生复杂结构共格的ε及χ碳化物，产生较大的应力，与含量相同的含氮马氏体比较，其硬度较高。
在淬火条件下，含碳马氏体硬度随回火温度升高而单调降低，不出现二次硬化，而含氮马氏体在淬火态硬度较低，但随回火温度的提高，硬度一直在提高，450℃时达最大值。当碳和氮同时存在时，回火温度为100℃时有一次硬化，然后降低直至300℃，随后升高，在450℃出现最大的二次硬化。此时，钢中形成很细小均匀的氮化物γ'-Fe4N和渗碳体。
回火含氮马氏体位错具有较高的迁移性，因此回火含氮马氏体的韧性高于回火含碳马氏体。
含氮马氏体不锈钢在100℃以下回火不改变马氏体的结构；200℃回火，会形成很细的密排六方结构的ε-（Fe，Cr）2N及ε-（Fe，Cr）2C；300℃时，细小的ε-（Fe，Cr）2N含量提高并转变成ξ-（Fe，Cr）2N；之后在500℃之前ξ-（Fe，Cr）2N氮化物粗化。含氮马氏体在600～650℃回火，会形成片状的（Fe，Cr）2N及一些球状（Cr，Fe）2N。对于含碳马氏体，在600～650℃回火，碳化物粗化成渗碳体。含碳马氏体600～650℃回火还有（Fe，Cr）7C3析出，长时间回火则转变为（Cr，Fe）23C6。
在马氏体不锈钢中，除Cr元素外，常加入Nb、V等强碳化物形成元素。在含氮马氏体不锈钢中，氮化物与碳化物相比细小而分布均匀，因此回火后改善了氮合金化马氏体钢的力学性能。在600～700℃回火，氮与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。在某些情况下，500℃回火时会析出（Nb，V）（C，N）及纳米尺寸的（Fe，Cr，V）（C，N），从而提高了强度。氮合金化钢使残余奥氏体更加稳定而且保留了固溶的铬以提高耐蚀性，延迟了M23C6及M6C型碳化物的析出。
表9.78为国外生产的一些高氮马氏体不锈钢的成分、性能和应用。
