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氏體不銹鋼的強度，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(fu)蝕(shi)、耐點蝕、耐縫隙腐蝕和耐晶(jing)間腐蝕的性能。

 由于氮的良(liang)好作用，用氮合金化的奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)不(bu)斷取(qu)得進(jin)展并獲得應用。目前(qian)應用的含氮奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)可以分為三種類型(xing)：

1. 控氮型

   此(ci)類鋼(gang)是在超低碳(tan)(tan)（0.02％～0.03％）鉻(ge)鎳(nie)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)中加入0.05％～0.12％N，用以提高鋼(gang)的強度，使其達到含穩定化元(yuan)素鈦或普通低碳(tan)(tan)（≤0.08％）奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)的水平。

2. 中氮型

   此類鋼(gang)含有(you)0.12％～0.40％N，是在(zai)正常大氣壓力條件下冶煉和澆鑄所得到的氮合金(jin)化(hua)奧氏體不銹鋼(gang)。此類鋼(gang)以耐腐蝕為主要(yao)目的，同時(shi)具有(you)較高的強度。

3. 高氮型(xing)

   此(ci)類(lei)鋼(gang)氮(dan)含(han)量在0.40％以上。此(ci)類(lei)鋼(gang)在加壓條件下(xia)冶煉(lian)(lian)和澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)，或(huo)者調(diao)整(zheng)鋼(gang)中(zhong)的鉻、錳含(han)量在常規條件下(xia)冶煉(lian)(lian)和澆(jiao)鑄(zhu)(zhu)，將氮(dan)加入到(dao)足夠高(gao)的水平。此(ci)類(lei)鋼(gang)主要在固溶態或(huo)半(ban)冷加工狀態下(xia)使用，既具(ju)有(you)高(gao)強度(du)，又耐腐蝕。

  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(han)量(liang)小于0.67％時，鉻鎳奧(ao)氏體不銹鋼(gang)仍有低(di)的(de)(de)韌脆轉變(bian)(bian)溫(wen)度，在-200℃的(de)(de)低(di)溫(wen)下仍有足夠高的(de)(de)沖擊(ji)性能，但當氮含(han)量(liang)達到0.84％時，其韌脆轉變(bian)(bian)溫(wen)度較(jiao)高，-200℃的(de)(de)沖擊(ji)韌性已顯(xian)得過低(di)。

  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(ao)氏體不銹(xiu)鋼耐稀硝酸(suan)腐蝕的性能。

 在(zai)氯(lv)化物(wu)環境(jing)中(zhong)，氮顯著(zhu)提高(gao)奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹鋼耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)性(xing)能(neng)。研究表(biao)明，氮僅是強化鉻(ge)、鉬元素(su)在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)體中(zhong)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)作(zuo)(zuo)用，鉻(ge)、鉬的(de)存在(zai)是氮改善奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹鋼耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)作(zuo)(zuo)用的(de)前提。氮耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和耐(nai)(nai)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)能(neng)力約(yue)相當于(yu)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(ge)鎳奧氏體不銹鋼中的氮(dan)(dan)含量在0.12％～0.15％時(shi)，鋼的熱、冷加工性及(ji)冷成形性等將(jiang)有所(suo)(suo)下降。熱加工性能的降低是由于(yu)鋼中氮(dan)(dan)化物(wu)和碳(tan)氮(dan)(dan)化物(wu)的析出影響了鋼的熱塑性，而氮(dan)(dan)的固(gu)(gu)溶強化又(you)減(jian)緩鋼的回復過程。冷加工性和冷成形性的降低主要是氮(dan)(dan)固(gu)(gu)溶強化所(suo)(suo)致。