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(bu)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蝕(shi)、耐點蝕、耐縫(feng)隙腐蝕和耐晶間腐蝕的性能。

 由(you)于(yu)氮的良(liang)好作用，用氮合金化的奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼不(bu)斷取得(de)進展并(bing)獲(huo)得(de)應用。目前應用的含氮奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼可以分為三(san)種類型：

1. 控氮型(xing)

   此類鋼是在超低碳（0.02％～0.03％）鉻鎳(nie)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)加入0.05％～0.12％N，用以提(ti)高鋼的強(qiang)度，使(shi)其達到(dao)含穩定(ding)化(hua)元素(su)鈦(tai)或普通低碳（≤0.08％）奧氏體不(bu)(bu)銹鋼的水平。

2. 中氮型

   此(ci)類鋼含有(you)(you)0.12％～0.40％N，是在正(zheng)常(chang)大(da)氣(qi)壓力條件下冶煉(lian)和(he)澆鑄所得到(dao)的(de)氮合(he)金化奧氏(shi)體不銹鋼。此(ci)類鋼以耐腐(fu)蝕(shi)為主要目的(de)，同時具有(you)(you)較高(gao)的(de)強度。

3. 高氮(dan)型

   此(ci)類鋼(gang)氮(dan)含量在(zai)0.40％以上。此(ci)類鋼(gang)在(zai)加(jia)壓條件下冶煉(lian)和(he)澆(jiao)鑄，或者(zhe)調整鋼(gang)中的鉻(ge)、錳含量在(zai)常規條件下冶煉(lian)和(he)澆(jiao)鑄，將(jiang)氮(dan)加(jia)入到足夠(gou)高(gao)的水(shui)平。此(ci)類鋼(gang)主(zhu)要在(zai)固溶(rong)態或半冷加(jia)工狀態下使用，既(ji)具有高(gao)強(qiang)度，又耐腐蝕(shi)。

  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(zai)氮(dan)含量(liang)小于0.67％時(shi)，鉻鎳奧(ao)氏體(ti)不銹鋼仍(reng)有低(di)(di)的韌脆轉(zhuan)變(bian)溫度，在(zai)-200℃的低(di)(di)溫下仍(reng)有足夠(gou)高的沖(chong)擊(ji)性(xing)能，但(dan)當氮(dan)含量(liang)達到0.84％時(shi)，其(qi)韌脆轉(zhuan)變(bian)溫度較高，-200℃的沖(chong)擊(ji)韌性(xing)已顯(xian)得過(guo)低(di)(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腐蝕(shi)開裂。

 氮還提高(gao)鉻鎳鉬奧(ao)氏體不銹鋼耐稀硝酸腐蝕的性能。

 在氯化(hua)物環(huan)境中(zhong)，氮(dan)顯著提高奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)耐點蝕和縫隙腐(fu)蝕的(de)(de)性能(neng)。研究表明，氮(dan)僅是強化(hua)鉻(ge)、鉬(mu)元(yuan)素在奧(ao)氏體(ti)中(zhong)的(de)(de)耐蝕作用，鉻(ge)、鉬(mu)的(de)(de)存在是氮(dan)改善奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)耐蝕作用的(de)(de)前提。氮(dan)耐點蝕和耐縫隙腐(fu)蝕的(de)(de)能(neng)力約相當(dang)于(yu)鉻(ge)的(de)(de)30倍(bei)。

 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(shi)體不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)含(han)量在0.12％～0.15％時，鋼的(de)(de)(de)(de)熱(re)、冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)(xing)及冷(leng)(leng)成(cheng)形性(xing)(xing)(xing)等將有所下降。熱(re)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)降低是(shi)(shi)由(you)于鋼中(zhong)氮(dan)化(hua)物和碳氮(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)析出影響(xiang)了(le)鋼的(de)(de)(de)(de)熱(re)塑性(xing)(xing)(xing)，而氮(dan)的(de)(de)(de)(de)固溶(rong)強化(hua)又減緩(huan)鋼的(de)(de)(de)(de)回復過程。冷(leng)(leng)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)(xing)和冷(leng)(leng)成(cheng)形性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)降低主要是(shi)(shi)氮(dan)固溶(rong)強化(hua)所致。