近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼(gang)加氮問題，已進行了大量研究。氮對不銹鋼基體組織的影響和作用，主要是在對其組織、力學性能和耐蝕性方面，其有益作用在本章前面部分已有闡述。目前控氮型和中氮型不銹鋼在常壓冶煉技術條件下就可以完成，成本優勢顯著。主要方法是：
①. 在熔煉過程中將FeCrN、CrN、MnN或Si3N4等中間合金加入到熔池中，以調整合金成分；
②. 向AOD熔池底吹氮。
20世紀80年代以來，隨著冶金技術的進步及人們深入研究了Cr、Mn等主要元素對氮溶解度的影響規律之后，才逐漸開發出各種高氮奧(ao)氏體不銹鋼。近年來，超導技術的發展對低溫無磁材料需求的升溫，以及作為化工和能源開發材料用高強度不銹鋼需求量的不斷增長，進一步促進了高氮高強度不銹鋼的研制和發展。雖然人們對高氮鋼（包含高氮不銹鋼，以下同）已有大量研究，但“高氮鋼”的定義尚無統一認識。許多學者認為，奧氏體基體的氮含量大于0.4％或鐵素體基體中的氮含量大于0.08％的鋼是高氮鋼。
制備高(gao)氮(dan)鋼的(de)(de)主要技術問題是(shi)如何使(shi)熔體中得(de)到高(gao)質量(liang)分(fen)數(shu)的(de)(de)氮(dan)，以及如何防(fang)止其在凝固過程中的(de)(de)逸出問題。
目前，制備高氮(dan)鋼(gang)大(da)體(ti)分為(wei)氮(dan)氣(qi)加壓(ya)(ya)(ya)熔煉法(fa)(fa)、粉末冶金法(fa)(fa)和表面滲氮(dan)法(fa)(fa)。氮(dan)氣(qi)加壓(ya)(ya)(ya)熔煉法(fa)(fa)經過多年發展(zhan)，現已(yi)成功開發出(chu)的高氮(dan)鋼(gang)加壓(ya)(ya)(ya)技術，主要有加壓(ya)(ya)(ya)感應熔煉法(fa)(fa)（PIM）、加壓(ya)(ya)(ya)電渣重(zhong)熔法(fa)(fa)（PESR）、加壓(ya)(ya)(ya)等離子熔煉法(fa)(fa)（PARP）、加壓(ya)(ya)(ya)電弧渣重(zhong)熔（ASRP）等。
加壓感應熔煉(lian)法是(shi)把真空感應爐變成高壓感應熔煉(lian)設備，一般熔化(hua)時壓力達到大(da)約(yue)1MPa，這對于分批生產100kg金屬是(shi)合適的(de)。
加(jia)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)渣(zha)(zha)重(zhong)熔法是(shi)目前商業(ye)生(sheng)產(chan)高(gao)(gao)氮鋼(gang)(gang)的有(you)效方法。1980年德國Krupp公司建成世界第一臺16t高(gao)(gao)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)渣(zha)(zha)爐。1988年德國VSG公司又(you)建成20t高(gao)(gao)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)渣(zha)(zha)爐，如圖9.94所示，熔煉室運(yun)行壓(ya)(ya)力可達4.2MPa，生(sheng)產(chan)鑄錠的直徑為430~1000mm。爐子有(you)密封(feng)滑動導電(dian)(dian)系(xi)統，固定圓柱銅模位于下部(bu)，氮以氮化物粒子形式(shi)與脫(tuo)氧劑連(lian)續(xu)加(jia)入。該爐已(yi)成功生(sheng)產(chan)了用做發電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)子護(hu)環的P900N鋼(gang)(gang)。
烏(wu)克蘭、俄羅斯(si)、德(de)國等國家的(de)一些研(yan)究所及公司開發了(le)工業化的(de)加壓等離(li)子電弧重(zhong)熔(rong)技術。在等離(li)子弧中(zhong)，氮(dan)(dan)(dan)被分(fen)離(li)成原子供給液態金屬(shu)，提(ti)高(gao)了(le)金屬(shu)的(de)吸氮(dan)(dan)(dan)率。研(yan)究表明，在含氮(dan)(dan)(dan)氣氛中(zhong)進行(xing)等離(li)子弧重(zhong)熔(rong)是冶煉(lian)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)時(shi)用氮(dan)(dan)(dan)合金化的(de)一種有(you)效的(de)方法(fa)，已穩定地生產出(chu)錠(ding)重(zhong)達(da)3.4噸的(de)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏體不銹鋼(gang)錠(ding)。
國內外采用粉末冶金法生產高氮(dan)不銹鋼的(de)主要方(fang)式(shi)：
①. 先制取高氮不銹鋼粉末，然后采用模壓燒結、粉末軋制、熱等靜壓等粉末冶金成形方式制備高氮不銹鋼制品；
②. 將一般不銹鋼粉通過模壓成形、注射成形等方式加工成生坯后，在燒結過程中進行滲氮處理。
在0.101MPa（1atm）下，氮在α-Fe、δ-Fe、γ-Fe及液態鐵中的溶解度如圖9.95所示。氮在α-Fe、δ-Fe中的溶解度遠低于在γ-Fe中的溶解度。在1873K時，氮在液態鐵中的溶解度只有0.045％。根據Sievert規律，鋼液中的氮含量與氮氣壓力的平方根成正比，鋼液中氮的溶解度隨氮氣壓力的增加而增加。因此，商業用高氮不銹鋼粉末首先在氮氣氣氛中進行高壓熔煉，以提高鋼液中的氮含量。在純鐵、Fe-Cr合金、Fe-Mn-Cr合金凝固期間會形成δ-Fe，在其形成范圍內，氮的溶解度降低到低于液態的平衡溶解度，成為鋼錠產生縮孔的原因。增加壓力，有可能避免Fe-Mn-Cr合金中形成δ-Fe相區，可以保證鋼中的氮含量且不會出現縮孔。在一般Cr-Ni不銹鋼中沒有8-Fe相區，采用氮合金化沒有縮孔問題，凝固期間也不需要壓力。
根據不(bu)同合金元素(su)對氮在(zai)鋼(gang)液(ye)中(zhong)(zhong)溶(rong)解(jie)度(du)(du)的研究表(biao)明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元素(su)（按由強到弱順(shun)序）可以用(yong)來(lai)(lai)增加不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)氮的溶(rong)解(jie)度(du)(du)。Ti、Zr、V、Nb等元素(su)有很強的形成(cheng)氮化(hua)物的趨勢，Cr也(ye)能顯著提高氮在(zai)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的溶(rong)解(jie)度(du)(du)，其形成(cheng)氮化(hua)物的趨勢較(jiao)(jiao)小。Mn在(zai)許(xu)多不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)用(yong)來(lai)(lai)增加氮的溶(rong)解(jie)度(du)(du)，且價格較(jiao)(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等元素(su)則降低氮在(zai)鋼(gang)液(ye)中(zhong)(zhong)的溶(rong)解(jie)度(du)(du)。
用高壓氮氣作為霧化氣將熔體破碎成粉末，通過快速凝固使熔融金屬液中的氮不致析出，最終獲得高氮鋼粉，采用此技術可制備氮含量達1.0％的不銹鋼粉末。利用熱等靜壓（HIP）技術可將高氮奧氏體鋼粉末制成高氮奧氏體耐蝕不銹鋼制品，可以達到99％～100％的相對密度，具有良好的力學性能和耐蝕性能。用此方法已生產出北海油田海下及海面平臺上的部件，如法蘭盤、接頭、閥體等，有的閥體重達2t。目前，HIP技術在粉末冶金高氮不銹鋼中的應用是非常廣泛和有效的。由于鐵素體不銹(xiu)鋼中的氮溶解度低，用HIP方法生產高氮鐵素體不銹鋼需要更高的壓力。
固態滲(shen)氮有多種方法，如機械(xie)合金化、燒(shao)結滲(shen)氮等。
高氮不銹鋼(gang)粉末的成形技術除(chu)了(le)上(shang)述熱等靜壓技術外，還可(ke)以采(cai)用粉末注(zhu)射成形、燒(shao)結-自由鍛造、爆炸(zha)成形等。
粉(fen)(fen)末(mo)注射成形（metal injection moulding，MIM）工藝(yi)是把金(jin)屬粉(fen)(fen)與有機黏結(jie)劑(ji)(ji)混合(he)，把混合(he)物噴(pen)入模中，再在110℃酸性(xing)含氮(dan)氣氛中進(jin)(jin)行(xing)電解分離去(qu)除黏結(jie)劑(ji)(ji)。去(qu)除黏結(jie)劑(ji)(ji)后，粉(fen)(fen)粒很(hen)弱地結(jie)合(he)在一起，在合(he)金(jin)中保留開放的空隙通道。在燒結(jie)氮(dan)化(hua)處(chu)理(li)期間(jian)，燒結(jie)進(jin)(jin)行(xing)得慢而骨架氮(dan)化(hua)很(hen)快，其工藝(yi)如圖(tu)9.96所(suo)示。最(zui)后將產品(pin)進(jin)(jin)行(xing)固溶處(chu)理(li)。該工藝(yi)適于處(chu)理(li)小(xiao)型零件。
