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(ti)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(yun)腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕(shi)和耐晶間(jian)腐蝕的性能。

 由于(yu)氮的良好(hao)作用(yong)，用(yong)氮合金(jin)化的奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼不(bu)斷(duan)取得(de)進展并獲得(de)應(ying)用(yong)。目(mu)前應(ying)用(yong)的含氮奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼可以分為(wei)三種類型(xing)：

1. 控氮(dan)型

   此類鋼是在超(chao)低碳（0.02％～0.03％）鉻鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中加入(ru)0.05％～0.12％N，用以提高鋼的(de)強度，使其達到含穩定化元素(su)鈦或(huo)普通低碳（≤0.08％）奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼的(de)水(shui)平(ping)。

2. 中(zhong)氮型

   此類鋼含有0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力條件(jian)下冶煉和澆鑄所(suo)得到的氮合金化奧氏體不銹(xiu)鋼。此類鋼以耐(nai)腐(fu)蝕為(wei)主要目的，同時具有較高的強度。

3. 高氮型

   此(ci)類鋼(gang)(gang)氮含(han)(han)量在(zai)0.40％以(yi)上。此(ci)類鋼(gang)(gang)在(zai)加壓條件(jian)下冶煉(lian)和(he)澆鑄(zhu)，或者(zhe)調(diao)整鋼(gang)(gang)中的鉻、錳含(han)(han)量在(zai)常規條件(jian)下冶煉(lian)和(he)澆鑄(zhu)，將氮加入(ru)到足夠高的水平。此(ci)類鋼(gang)(gang)主要在(zai)固溶態或半冷加工(gong)狀(zhuang)態下使用，既具有高強度，又(you)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(dan)含量(liang)小于0.67％時，鉻鎳奧(ao)氏體(ti)不銹鋼仍有(you)低的(de)(de)韌(ren)脆轉變溫(wen)(wen)度，在-200℃的(de)(de)低溫(wen)(wen)下(xia)仍有(you)足夠高的(de)(de)沖(chong)擊性能，但(dan)當氮(dan)含量(liang)達到0.84％時，其韌(ren)脆轉變溫(wen)(wen)度較高，-200℃的(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)性已顯(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腐蝕(shi)開裂。

 氮還提高鉻(ge)鎳鉬(mu)奧氏體(ti)不銹鋼耐(nai)稀硝酸腐蝕的性能。

 在氯(lv)化物環境中，氮(dan)顯著(zhu)提高奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼耐點蝕(shi)和縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的性能。研(yan)究表明，氮(dan)僅(jin)是強(qiang)化鉻(ge)、鉬元素在奧(ao)氏(shi)體中的耐蝕(shi)作用(yong)，鉻(ge)、鉬的存在是氮(dan)改善奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼耐蝕(shi)作用(yong)的前提。氮(dan)耐點蝕(shi)和耐縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的能力(li)約相當于(yu)鉻(ge)的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(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)中的(de)(de)(de)氮(dan)含量在0.12％～0.15％時(shi)，鋼(gang)的(de)(de)(de)熱、冷加(jia)工性及(ji)冷成形性等(deng)將有所下降。熱加(jia)工性能的(de)(de)(de)降低(di)是由于鋼(gang)中氮(dan)化(hua)物(wu)和碳氮(dan)化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)析出影響了鋼(gang)的(de)(de)(de)熱塑性，而氮(dan)的(de)(de)(de)固(gu)溶強(qiang)化(hua)又減緩鋼(gang)的(de)(de)(de)回(hui)復(fu)過程。冷加(jia)工性和冷成形性的(de)(de)(de)降低(di)主要是氮(dan)固(gu)溶強(qiang)化(hua)所致。