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氏體不(bu)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(gang)的主要(yao)技術問題是如(ru)(ru)何(he)(he)使熔體(ti)中得(de)到高(gao)質量分數的氮(dan)，以及如(ru)(ru)何(he)(he)防止(zhi)其在凝固過程中的逸出(chu)問題。
目前，制備高氮(dan)鋼大體分為(wei)氮(dan)氣加壓(ya)(ya)(ya)熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)(fa)(fa)、粉末冶(ye)金法(fa)(fa)(fa)(fa)和表(biao)面滲氮(dan)法(fa)(fa)(fa)(fa)。氮(dan)氣加壓(ya)(ya)(ya)熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)(fa)(fa)經過(guo)多年(nian)發展，現已成功開發出的高氮(dan)鋼加壓(ya)(ya)(ya)技術(shu)，主要有加壓(ya)(ya)(ya)感(gan)應熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)(fa)(fa)（PIM）、加壓(ya)(ya)(ya)電渣重熔(rong)(rong)法(fa)(fa)(fa)(fa)（PESR）、加壓(ya)(ya)(ya)等(deng)離子熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)(fa)(fa)（PARP）、加壓(ya)(ya)(ya)電弧渣重熔(rong)(rong)（ASRP）等(deng)。
加壓(ya)感應熔煉(lian)法是把真空感應爐變成高(gao)壓(ya)感應熔煉(lian)設備(bei)，一般熔化時壓(ya)力(li)達到大約1MPa，這對于(yu)分批(pi)生產(chan)100kg金(jin)屬是合適(shi)的。
加壓電(dian)渣(zha)重熔(rong)法(fa)是目(mu)前商業生(sheng)產(chan)(chan)高(gao)氮(dan)鋼的(de)有(you)效方法(fa)。1980年德(de)國Krupp公司(si)建成(cheng)世界第(di)一臺16t高(gao)壓電(dian)渣(zha)爐(lu)。1988年德(de)國VSG公司(si)又建成(cheng)20t高(gao)壓電(dian)渣(zha)爐(lu)，如圖9.94所示，熔(rong)煉室運行壓力可達4.2MPa，生(sheng)產(chan)(chan)鑄錠(ding)的(de)直徑為(wei)430~1000mm。爐(lu)子(zi)有(you)密封滑動導電(dian)系統(tong)，固(gu)定(ding)圓柱銅模位于(yu)下部，氮(dan)以氮(dan)化物粒子(zi)形式與脫氧劑連續加入。該爐(lu)已成(cheng)功生(sheng)產(chan)(chan)了用做發(fa)電(dian)機轉(zhuan)子(zi)護環的(de)P900N鋼。
烏克蘭、俄(e)羅斯、德國等(deng)國家的(de)(de)一(yi)些研(yan)究所及公司(si)開發了工業化的(de)(de)加(jia)壓等(deng)離子電(dian)弧重熔(rong)(rong)技術。在(zai)等(deng)離子弧中，氮被分離成原子供(gong)給液態金(jin)(jin)屬，提(ti)高(gao)了金(jin)(jin)屬的(de)(de)吸氮率(lv)。研(yan)究表(biao)明，在(zai)含(han)氮氣氛中進行等(deng)離子弧重熔(rong)(rong)是冶煉(lian)高(gao)氮鋼(gang)時用氮合金(jin)(jin)化的(de)(de)一(yi)種有效的(de)(de)方法(fa)，已穩(wen)定地生產出錠(ding)重達3.4噸的(de)(de)高(gao)氮奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)錠(ding)。
國內外采用粉末(mo)冶金法生產高(gao)氮不(bu)銹鋼的主(zhu)要方式：
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(tong)合金(jin)元素(su)對氮(dan)(dan)在鋼(gang)液中(zhong)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)的(de)研究表(biao)明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元素(su)（按由(you)強到弱順序）可以用來增(zeng)加不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)氮(dan)(dan)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)。Ti、Zr、V、Nb等元素(su)有很(hen)強的(de)形成氮(dan)(dan)化(hua)物的(de)趨勢(shi)，Cr也能顯著(zhu)提高氮(dan)(dan)在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)，其形成氮(dan)(dan)化(hua)物的(de)趨勢(shi)較小(xiao)。Mn在許多不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)用來增(zeng)加氮(dan)(dan)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)，且價格(ge)較低。Cu、Ni、Si、B等元素(su)則降低氮(dan)(dan)在鋼(gang)液中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(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(tie)素體不銹鋼中的氮溶解度低，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)(shen)氮有多種方(fang)法(fa)，如機(ji)械合金(jin)化、燒結滲(shen)(shen)氮等(deng)。
高氮(dan)不銹(xiu)鋼粉末的成形技術(shu)除了(le)上述熱等靜壓技術(shu)外，還可以采用粉末注射成形、燒結-自(zi)由(you)鍛造、爆(bao)炸成形等。
粉(fen)末注(zhu)射成形（metal injection moulding，MIM）工藝是(shi)把金屬粉(fen)與有(you)機黏(nian)結(jie)(jie)劑混(hun)合，把混(hun)合物(wu)噴入模中，再(zai)在(zai)110℃酸性(xing)含氮氣氛中進(jin)行(xing)電解分離(li)去(qu)(qu)除(chu)(chu)黏(nian)結(jie)(jie)劑。去(qu)(qu)除(chu)(chu)黏(nian)結(jie)(jie)劑后，粉(fen)粒很弱地結(jie)(jie)合在(zai)一(yi)起，在(zai)合金中保留開放的(de)空隙(xi)通道(dao)。在(zai)燒結(jie)(jie)氮化處理(li)(li)期間，燒結(jie)(jie)進(jin)行(xing)得(de)慢而骨架氮化很快，其工藝如圖9.96所示(shi)。最后將產(chan)品進(jin)行(xing)固溶處理(li)(li)。該工藝適于處理(li)(li)小型(xing)零(ling)件。
