近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼加氮問題，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體(ti)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(bei)高氮鋼(gang)的(de)主要技術問(wen)題是如(ru)何使熔體中(zhong)得到高質量分數的(de)氮，以及(ji)如(ru)何防止其在凝固過程中(zhong)的(de)逸出問(wen)題。
目前，制(zhi)備高氮鋼(gang)大(da)體(ti)分為氮氣加(jia)(jia)(jia)壓(ya)熔(rong)(rong)煉法(fa)、粉末冶金法(fa)和(he)表面滲氮法(fa)。氮氣加(jia)(jia)(jia)壓(ya)熔(rong)(rong)煉法(fa)經過多年發(fa)展，現已成(cheng)功(gong)開發(fa)出的高氮鋼(gang)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)技術，主(zhu)要有加(jia)(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應熔(rong)(rong)煉法(fa)（PIM）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)電渣重(zhong)熔(rong)(rong)法(fa)（PESR）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)等離子熔(rong)(rong)煉法(fa)（PARP）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)電弧渣重(zhong)熔(rong)(rong)（ASRP）等。
加壓感(gan)應熔煉法是(shi)(shi)把真空(kong)感(gan)應爐變成高壓感(gan)應熔煉設(she)備，一般熔化時壓力(li)達到(dao)大(da)約(yue)1MPa，這(zhe)對于分(fen)批生(sheng)產100kg金屬是(shi)(shi)合適的。
加壓(ya)電(dian)(dian)渣重熔法是目前商業生產(chan)(chan)高(gao)氮(dan)鋼的(de)有效方法。1980年德國Krupp公司建成世界(jie)第一臺(tai)16t高(gao)壓(ya)電(dian)(dian)渣爐(lu)(lu)。1988年德國VSG公司又建成20t高(gao)壓(ya)電(dian)(dian)渣爐(lu)(lu)，如圖9.94所示，熔煉室運行壓(ya)力可(ke)達4.2MPa，生產(chan)(chan)鑄錠(ding)的(de)直徑為430~1000mm。爐(lu)(lu)子有密封滑動(dong)導電(dian)(dian)系統，固定(ding)圓柱銅模(mo)位于下部，氮(dan)以氮(dan)化物粒子形(xing)式(shi)與脫氧劑(ji)連續加入。該(gai)爐(lu)(lu)已成功(gong)生產(chan)(chan)了(le)用做發(fa)電(dian)(dian)機轉(zhuan)子護環(huan)的(de)P900N鋼。
烏克蘭、俄(e)羅斯、德國等(deng)國家的(de)(de)(de)一些研(yan)究(jiu)所及公(gong)司開發了工(gong)業(ye)化(hua)的(de)(de)(de)加(jia)壓等(deng)離(li)子(zi)(zi)電(dian)弧重(zhong)熔技術。在(zai)等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧中，氮(dan)被分(fen)離(li)成原子(zi)(zi)供(gong)給液(ye)態金屬，提高了金屬的(de)(de)(de)吸氮(dan)率。研(yan)究(jiu)表(biao)明，在(zai)含氮(dan)氣(qi)氛中進行(xing)等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧重(zhong)熔是冶煉(lian)高氮(dan)鋼時用氮(dan)合金化(hua)的(de)(de)(de)一種有效(xiao)的(de)(de)(de)方法，已穩定地生產出錠(ding)重(zhong)達(da)3.4噸的(de)(de)(de)高氮(dan)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼錠(ding)。
國內外(wai)采用粉末冶金法生產高氮(dan)不銹鋼的主(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(ju)不(bu)(bu)同合金(jin)元素(su)對(dui)氮(dan)(dan)(dan)在鋼(gang)液(ye)中(zhong)溶(rong)(rong)解度(du)的(de)研究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等(deng)元素(su)（按(an)由強到弱順序）可以用來(lai)增加不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)溶(rong)(rong)解度(du)。Ti、Zr、V、Nb等(deng)元素(su)有很(hen)強的(de)形成(cheng)氮(dan)(dan)(dan)化物的(de)趨勢，Cr也(ye)能顯(xian)著(zhu)提高氮(dan)(dan)(dan)在不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)溶(rong)(rong)解度(du)，其形成(cheng)氮(dan)(dan)(dan)化物的(de)趨勢較小。Mn在許多不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)用來(lai)增加氮(dan)(dan)(dan)的(de)溶(rong)(rong)解度(du)，且價格較低。Cu、Ni、Si、B等(deng)元素(su)則降低氮(dan)(dan)(dan)在鋼(gang)液(ye)中(zhong)的(de)溶(rong)(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(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(tai)滲氮有多種方法(fa)，如機械合金化、燒結滲氮等。
高氮(dan)不(bu)銹鋼粉末的成形(xing)技術(shu)除了上述熱等靜壓(ya)技術(shu)外，還可以采用粉末注射成形(xing)、燒(shao)結-自由鍛造、爆(bao)炸(zha)成形(xing)等。
粉(fen)末注射成(cheng)形（metal injection moulding，MIM）工(gong)藝是把金屬(shu)粉(fen)與有機黏結劑混(hun)合(he)，把混(hun)合(he)物噴入模(mo)中，再(zai)在(zai)110℃酸性含氮氣氛中進(jin)(jin)行電(dian)解分離去除黏結劑。去除黏結劑后，粉(fen)粒很弱地結合(he)在(zai)一起，在(zai)合(he)金中保留開放(fang)的空(kong)隙通(tong)道(dao)。在(zai)燒結氮化(hua)處(chu)理期間(jian)，燒結進(jin)(jin)行得慢而骨架氮化(hua)很快，其(qi)工(gong)藝如圖9.96所示。最后將產(chan)品進(jin)(jin)行固(gu)溶處(chu)理。該工(gong)藝適于處(chu)理小(xiao)型零件。
