通过对渗氮层硬度分布、显微组织形貌和X射线衍射分析,以及力学性能、缺口敏感性和延迟断裂抗力等性能的分析,研究了18Ni300马氏体时效钢在不同渗氮温度和时间后的渗氮层及对力学性能的影响。当480℃渗氮时间为24 h时,渗氮层厚度为0.14 mm;渗氮时间为48 h时,厚度为0.17 mm;当500℃渗氮时间为24 h时,渗氮层厚度为0.17 mm;渗氮时间为48 h时厚度为0.19 mm。渗氮层厚度增加会降低了材料的韧性,但是渗氮层与基体之间仍有非常高的结合强度。提高渗氮温度和延长渗氮时间对渗氮层硬度影响不大,但都会增加基体残留奥氏体含量,从而降低了基体的硬度。渗氮后使得试样表面的压应力增加,对裂纹扩展有阻碍作用,使得带渗氮层试样的断裂韧度K_IC值更高;但随着渗氮温度和时间的增加,脆性的渗氮层厚度增加,抵消了畸变的Fe₄N相对裂纹扩展的阻碍作用,会使得K_IC值降低。缺口根部高硬度的渗氮层提高了缺口敏感性,渗氮温度和时间的增加使得缺口敏感指数由480℃×24 h的1.18,降低到500℃×48 h的0.917,缺口敏感性指数小于1时,不足以保障渗氮构件的安全性和可靠性。极低的拉伸速度（0.0015 mm/min）使得拉伸时缺口的抗拉强度不下降,证明渗氮并未增大延迟断裂倾向。