氮 氮作為合金元素早期用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中，以節約鎳。除節鎳效果外，氮通過固溶強化可顯著提高奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼的強度，而不顯著損害其塑性和韌性，同時氮還可以提高鋼的耐均勻腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕和耐晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕的性能。

 由于氮(dan)的良好作用，用氮(dan)合金化(hua)的奧(ao)氏體不(bu)銹鋼不(bu)斷取得進展并獲得應用。目(mu)前應用的含氮(dan)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼可以分為(wei)三種類型(xing)：

1. 控氮型

   此類鋼是在超低碳(tan)（0.02％～0.03％）鉻鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)加入0.05％～0.12％N，用以(yi)提高(gao)鋼的強度，使其(qi)達(da)到含穩(wen)定化元素(su)鈦或(huo)普通低碳(tan)（≤0.08％）奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼的水平。

2. 中氮型

   此(ci)類鋼(gang)含有0.12％～0.40％N，是在正常大氣(qi)壓(ya)力條件下冶(ye)煉和澆鑄(zhu)所得到(dao)的(de)氮合金化奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。此(ci)類鋼(gang)以耐腐蝕為主要目的(de)，同時具有較高的(de)強(qiang)度。

3. 高氮型

   此(ci)(ci)類鋼氮含量在(zai)0.40％以上。此(ci)(ci)類鋼在(zai)加(jia)壓(ya)條件(jian)(jian)下冶煉(lian)和(he)澆鑄(zhu)，或者調(diao)整鋼中的鉻、錳(meng)含量在(zai)常規(gui)條件(jian)(jian)下冶煉(lian)和(he)澆鑄(zhu)，將(jiang)氮加(jia)入到(dao)足夠(gou)高的水平。此(ci)(ci)類鋼主要在(zai)固(gu)溶態或半(ban)冷加(jia)工狀態下使(shi)用，既(ji)具有高強度，又耐(nai)腐蝕。

  氮形成奧氏體的能力與碳相當，約為鎳的30倍。氮在奧氏體不銹鋼中可代替部分鎳，可降低鋼中的鐵素體含量，并使奧氏體更穩定，甚至可避免出現馬氏體轉變。在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，氮含量的增加可形成氮化物Cr₂N（圖9.54）。

 氮顯著提高奧氏體鋼的強度（圖4.19），每加入0.010％N，可提高鉻鎳奧氏體不銹鋼的室溫強度（σ_0.2、σ_b）60～100MPa，其塑性仍保持足夠高的水平。圖9.67顯示氮含量對022Cr19Ni10鋼室溫力學性能的影響。在高氮奧氏體鋼中，氮亦可以提高其強度，氮含量為1.2％的低碳Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼的屈服強度可達800～900MPa。曾對低碳的18Cr-18Mn-N奧氏體不銹鋼的力學性能進行過研究，經固溶處理后可獲得單一的奧氏體組織，圖9.68為氮含量對其室溫屈服強度和斷裂韌度的影響。研究結果表明，在氮固溶于奧氏體的情況下，其含量高至0.74％時，斷裂韌度不降低，而其屈服強度顯著提高。通過冷加工變形，可以進一步提高其屈服強度。在固溶氮含量為0.58％時，經過40％的冷變形，鋼的屈服強度可達1400～1500MPa，其斷裂韌度將由很高的500MPa·m^1/2降至依然不錯的200MPa·m^1/2。

 在氮含量小于0.67％時(shi)，鉻鎳奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)仍有低的(de)(de)韌(ren)(ren)脆轉變(bian)溫度，在-200℃的(de)(de)低溫下仍有足夠高的(de)(de)沖擊性能，但當(dang)氮含量達(da)到0.84％時(shi)，其韌(ren)(ren)脆轉變(bian)溫度較高，-200℃的(de)(de)沖擊韌(ren)(ren)性已(yi)顯(xian)得過低。

  在一些酸性介質中，氮提高奧氏體不銹鋼耐一般腐蝕性能。適量的氮還提高奧氏體不銹鋼敏化態的耐晶間腐蝕性能，這是由于氮作為活性元素優先沿晶界聚集，氮降低碳原子和鉻原子的擴散能力，從而抑制M₂₃C₆型碳化物的析出和延緩σ相、x相的形成。圖9.69為氮對17Cr-13Ni-4,5Mo鋼中M₂₃C₆型碳化物析出行為的影響。適量的氮還可以顯著改善敏化狀態的耐晶間應力(li)腐蝕開裂。

 氮(dan)還提高鉻鎳鉬奧氏(shi)體不銹鋼耐稀硝酸腐蝕的性能(neng)。

 在(zai)氯(lv)化物環境中(zhong)，氮顯著提(ti)高奧氏體(ti)不銹鋼(gang)耐(nai)點(dian)蝕和縫隙腐蝕的(de)性(xing)能(neng)。研究(jiu)表明，氮僅是(shi)強(qiang)化鉻(ge)、鉬元素在(zai)奧氏體(ti)中(zhong)的(de)耐(nai)蝕作用，鉻(ge)、鉬的(de)存(cun)在(zai)是(shi)氮改善奧氏體(ti)不銹鋼(gang)耐(nai)蝕作用的(de)前提(ti)。氮耐(nai)點(dian)蝕和耐(nai)縫隙腐蝕的(de)能(neng)力約(yue)相當于鉻(ge)的(de)30倍。

 氮提高不銹鋼耐點蝕和耐縫隙腐蝕的機理尚有不同的觀點：氮在表面膜中富集，同時使表面膜中富鉻，從而提高鋼的鈍化能力和鈍態穩定性；氮與閉塞區的溶液反應形成NH^-₄，消耗H^-，使初始蝕坑內pH升高，氮亦可產生NO^-₃，均有利于鋼的鈍化。

 鉻鎳奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的氮含(han)量在0.12％～0.15％時，鋼(gang)(gang)的熱、冷加(jia)工(gong)性(xing)(xing)及冷成形(xing)性(xing)(xing)等將有所下降(jiang)。熱加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能的降(jiang)低是由于鋼(gang)(gang)中(zhong)氮化(hua)(hua)物和碳氮化(hua)(hua)物的析出影響了(le)鋼(gang)(gang)的熱塑性(xing)(xing)，而氮的固溶(rong)強化(hua)(hua)又(you)減(jian)緩鋼(gang)(gang)的回復過程。冷加(jia)工(gong)性(xing)(xing)和冷成形(xing)性(xing)(xing)的降(jiang)低主要是氮固溶(rong)強化(hua)(hua)所致。