硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，对渗层的耐磨性尤其是耐磨粒磨损性能有着重要影响。渗氮层硬度的测试分为表面硬度和截面硬度。图是渗氮层表面硬度随温度的变化曲线。可以看出渗氮后硬度明显提高，随着渗氮温度的提高，渗层硬度也逐步提高。在380℃各不锈钢管之间渗层硬度相差较大。SAF2205不锈钢管和AISI 321不锈钢管的硬度较高，是因为渗层中除了有S相，还有较多的析出物，形成弥散强化，尤其是SAF 2205铁素体中析出物最多，硬度最高。由于低温渗氮处理的温度低，所以渗层薄，测出的硬度就会受到基体的影响，AISI 904L不锈钢渗层较AISI 316L不锈钢管薄，因此硬度也较低。随着渗层厚度增加和析出物增多，AISI 904L不锈钢管硬度迅速上升。可以看出硬度的升高分为两个阶段，380℃之前硬度升高较快，380℃之后较慢。是因为380℃之前是固溶强化占主导，N原子进入晶格内，形成过饱和间隙固溶体即“S相”，导致晶格严重畸变，相邻晶格相互挤压形成压应力，宏观表现为硬度迅速升高。380℃之后是弥散强化占主导，随着温度升高碳与氮原子形成弥散的化合物，起到弥散强化的作用，温度升高析出物增多，硬度也继续提高。

  图是AISI 316L不锈钢管的渗氮层截面硬度随渗层深度变化曲线。可以看出随着渗氮温度提高，硬化层厚度和硬度都有所增加，硬化层厚度从9μm增加到70μm，且截面硬度出现一个平台，与N浓度分布曲线相似，渗氮层与基体界面处硬度迅速降低。

 为了研究温度和合金成分对渗氮层耐磨性的影响，对AISI 316L、AISI 321、AISI 904L和SAF 2205不锈钢管的未渗氮和渗氮试样进行了载荷为10N的干摩擦磨损试验。对耐蚀性最好的AISI 904L不锈钢管还进行了载荷为20N的干摩擦磨损试验。由于质量磨损量太小，采用磨痕宽度来表示耐磨性。