近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹(xiu)鋼加氮問題，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(shi)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(zhi)備高氮鋼(gang)的主(zhu)要技術問(wen)題(ti)是如何使熔體中得到(dao)高質量(liang)分數的氮，以及如何防止其(qi)在凝(ning)固過程中的逸出問(wen)題(ti)。
目前，制備(bei)高氮鋼(gang)大體分為氮氣(qi)加(jia)壓(ya)熔煉法(fa)(fa)(fa)(fa)、粉末冶金法(fa)(fa)(fa)(fa)和(he)表面滲氮法(fa)(fa)(fa)(fa)。氮氣(qi)加(jia)壓(ya)熔煉法(fa)(fa)(fa)(fa)經過多年發展(zhan)，現已成功開發出的(de)高氮鋼(gang)加(jia)壓(ya)技術，主要有(you)加(jia)壓(ya)感(gan)應(ying)熔煉法(fa)(fa)(fa)(fa)（PIM）、加(jia)壓(ya)電(dian)渣(zha)重(zhong)熔法(fa)(fa)(fa)(fa)（PESR）、加(jia)壓(ya)等(deng)離(li)子熔煉法(fa)(fa)(fa)(fa)（PARP）、加(jia)壓(ya)電(dian)弧渣(zha)重(zhong)熔（ASRP）等(deng)。
加壓(ya)感應熔煉法(fa)是(shi)把(ba)真空(kong)感應爐變成高壓(ya)感應熔煉設備(bei)，一般熔化(hua)時壓(ya)力(li)達到大約1MPa，這對于(yu)分批(pi)生產100kg金(jin)屬是(shi)合(he)適的(de)。
加(jia)壓(ya)(ya)電渣(zha)重熔法是目前商業(ye)生產高氮(dan)鋼的有效方法。1980年德(de)國Krupp公(gong)司建成世(shi)界第一臺(tai)16t高壓(ya)(ya)電渣(zha)爐(lu)。1988年德(de)國VSG公(gong)司又建成20t高壓(ya)(ya)電渣(zha)爐(lu)，如圖9.94所示，熔煉(lian)室(shi)運行壓(ya)(ya)力可達4.2MPa，生產鑄錠(ding)的直徑為(wei)430~1000mm。爐(lu)子(zi)(zi)有密封(feng)滑動導電系統，固定圓柱(zhu)銅模位于下(xia)部，氮(dan)以氮(dan)化物粒子(zi)(zi)形式與脫氧劑連續加(jia)入。該爐(lu)已成功生產了用做發電機轉子(zi)(zi)護環的P900N鋼。
烏(wu)克蘭、俄羅斯(si)、德國(guo)等國(guo)家的一些研(yan)究(jiu)所及公司開發了工業(ye)化的加壓等離(li)子電(dian)弧(hu)重熔技術。在等離(li)子弧(hu)中，氮(dan)(dan)被分離(li)成原子供給(gei)液(ye)態(tai)金(jin)屬(shu)，提高(gao)了金(jin)屬(shu)的吸氮(dan)(dan)率。研(yan)究(jiu)表明，在含氮(dan)(dan)氣氛中進(jin)行等離(li)子弧(hu)重熔是冶煉高(gao)氮(dan)(dan)鋼時用(yong)氮(dan)(dan)合金(jin)化的一種有效的方法，已穩定地生產出錠重達(da)3.4噸的高(gao)氮(dan)(dan)奧氏體不銹鋼錠。
國內外采用粉末(mo)冶(ye)金法生產高氮不銹鋼(gang)的主要(yao)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。
根據不同(tong)合金(jin)元(yuan)素對氮(dan)在鋼(gang)(gang)液中(zhong)溶(rong)解度(du)的(de)(de)(de)研究(jiu)表(biao)明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元(yuan)素（按由強到(dao)弱順序）可(ke)以用(yong)來增(zeng)加(jia)不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元(yuan)素有很強的(de)(de)(de)形(xing)成氮(dan)化物的(de)(de)(de)趨勢(shi)，Cr也能(neng)顯著提高氮(dan)在不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)，其形(xing)成氮(dan)化物的(de)(de)(de)趨勢(shi)較(jiao)小。Mn在許多不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)用(yong)來增(zeng)加(jia)氮(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)，且價(jia)格較(jiao)低(di)。Cu、Ni、Si、B等元(yuan)素則(ze)降低(di)氮(dan)在鋼(gang)(gang)液中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)解度(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，如機械合金化、燒結滲(shen)氮等。
高氮不(bu)銹鋼粉末的成形技術除了上述熱(re)等(deng)靜壓技術外，還(huan)可以采用粉末注射成形、燒結-自由鍛造、爆(bao)炸成形等(deng)。
粉末注射成(cheng)形（metal injection moulding，MIM）工(gong)(gong)藝是(shi)把金屬粉與有(you)機黏結劑混合(he)，把混合(he)物(wu)噴入模中，再在(zai)(zai)110℃酸性(xing)含(han)氮氣氛中進行(xing)電解分離(li)去除黏結劑。去除黏結劑后(hou)，粉粒很(hen)弱地結合(he)在(zai)(zai)一起，在(zai)(zai)合(he)金中保留(liu)開放的(de)空隙通道。在(zai)(zai)燒結氮化處(chu)理(li)期間，燒結進行(xing)得慢而(er)骨架氮化很(hen)快，其工(gong)(gong)藝如(ru)圖9.96所示。最后(hou)將產品進行(xing)固溶處(chu)理(li)。該工(gong)(gong)藝適于處(chu)理(li)小(xiao)型(xing)零(ling)件。
