表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼的化學成分及其力學性能。
在固溶處理或退火狀態下，高氮奧氏體不銹鋼的屈服強度和抗拉強度超出傳統鋼200％～300％。氮增加強度的原因有固溶強化、對層錯能的影響、沉淀析出強化、有序強化等。
高(gao)氮(dan)鋼晶體結(jie)構一個主要(yao)特(te)點(dian)是自(zi)由(you)電(dian)(dian)子(zi)濃(nong)度(du)的(de)(de)增加(jia)，提高(gao)了原子(zi)間(jian)金(jin)屬鍵鍵合(he)(he)(he)，使電(dian)(dian)子(zi)在晶體結(jie)構中的(de)(de)分布更均勻。因此(ci)，位錯(cuo)滑移時并不減(jian)弱或者破壞原子(zi)間(jian)結(jie)合(he)(he)(he)，使材料(liao)具有高(gao)的(de)(de)強度(du)和高(gao)的(de)(de)斷(duan)裂韌(ren)性，但(dan)氮(dan)含量高(gao)于0.5％時，因原子(zi)間(jian)金(jin)屬鍵鍵合(he)(he)(he)下(xia)降而不利于韌(ren)性。
在奧氏(shi)體(ti)鋼中，氮(dan)原(yuan)子(zi)與位錯(cuo)的(de)結(jie)合能(neng)高于碳原(yuan)子(zi)與位錯(cuo)的(de)結(jie)合能(neng)，而且這種結(jie)合能(neng)隨(sui)氮(dan)含量(liang)的(de)增加而增加，因(yin)此(ci)氮(dan)原(yuan)子(zi)比碳原(yuan)子(zi)更能(neng)有(you)效地阻塞位錯(cuo)。
實(shi)驗(yan)證明，氮與碳不(bu)同(tong)，其在(zai)晶界的(de)偏析傾向(xiang)不(bu)明顯(xian)，氮和(he)(he)晶界的(de)親(qin)和(he)(he)力(li)很弱。這可(ke)以解釋(shi)高(gao)氮鋼為何具有良(liang)好的(de)耐晶間腐(fu)蝕(shi)性能和(he)(he)高(gao)溫力(li)學性能。
在鐵基固溶體(ti)中，氮原子與鄰近(jin)置換型合金元(yuan)素傾向(xiang)于(yu)金屬鍵(jian)結(jie)合，有助于(yu)短程有序(xu)，這有利(li)于(yu)合金元(yuan)素更均勻地分布，增加了(le)奧氏體(ti)的穩定性，抑制了(le)沉(chen)淀(dian)析出和發(fa)生腐蝕。
大多數試驗結果(guo)認為(wei)，奧氏體鋼(gang)中添加氮會降低層錯(cuo)(cuo)能(neng)。在(zai)含氮奧氏體不(bu)銹鋼(gang)的形變過程(cheng)中，氮促進平面(mian)滑移，這是由于層錯(cuo)(cuo)能(neng)低，能(neng)阻止位錯(cuo)(cuo)攀(pan)移出滑移面(mian)。
添加氮之后，會對奧氏體不銹鋼的沉淀析出行為產生很大的影響。通常，氮使M23C6型碳化物析出的時間變得更長，因為氮在這類碳化物中通常是不可溶的，從而推遲碳化物的形核，降低其形成速率。氮也降低碳原子和鉻原子的擴散能力，推遲碳化物的過時效，但鋼中的氮含量太高會導致氮化物Cr2N的沉淀析出。
含(han)碳的奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)溫(wen)度(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)至(zhi)-269℃時(shi)，其屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)不(bu)(bu)多，而高(gao)(gao)氮鋼(gang)(gang)(gang)的屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)則(ze)(ze)(ze)隨(sui)溫(wen)度(du)(du)的降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)(di)而顯著提高(gao)(gao)。如(ru)果在(zai)23℃時(shi)含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)的屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)較含(han)碳鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)(gao)出23％，則(ze)(ze)(ze)在(zai)-269℃時(shi)含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)的屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)則(ze)(ze)(ze)較含(han)碳鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)(gao)出300％。因此，高(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)可(ke)用于制作超導磁體(ti)(ti)的外(wai)殼，但應注意，高(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)低(di)(di)溫(wen)時(shi)會(hui)出現韌脆轉(zhuan)變溫(wen)度(du)(du)，如(ru)果高(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中加入適(shi)量(liang)的Mo和Ni則(ze)(ze)(ze)可(ke)以(yi)改(gai)善低(di)(di)溫(wen)時(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的韌性，同時(shi)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)(di)鋼(gang)(gang)(gang)的屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)。
冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)是提高(gao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)有效手段(duan)，其效果遠高(gao)于固溶強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)。冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)對于高(gao)氮奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼的(de)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)效果尤為(wei)顯著。例(li)如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮1.07％和冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)量(liang)為(wei)50％時， 可使鋼的(de)屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度超過2000MPa。氮還(huan)增加鋼的(de)形(xing)變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)率，但對鋼的(de)形(xing)變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)指數(shu)n的(de)影響較小。
在奧氏體(ti)不銹鋼中(zhong)加入氮可以顯(xian)著地提(ti)高奧氏體(ti)的(de)穩定性(xing)，有效地抑制在變形過(guo)程中(zhong)a'和ε（hcp）馬(ma)氏體(ti)的(de)形成，甚至在低溫時也(ye)不會(hui)出現(xian)a'馬(ma)氏體(ti)。
在高氮奧氏體不銹鋼中的固溶氮含量可以高達約1％，當加熱溫度達到600～1050℃時，鋼變得不穩定而析出氮化物。如果鋼中不含強氮化物形成元素Ti、Nb、V時，主要析出的是Cr2N，有時還析出其他金屬間化合物。圖9.97為一種高氮奧氏體不銹鋼的TTP曲線。
當(dang)全部氮(dan)原子間(jian)隙固(gu)溶于奧氏體(ti)中時，鋼顯示出(chu)良好的(de)(de)強度(du)和(he)韌性(xing)，但當(dang)有氮(dan)化物析出(chu)時，將(jiang)導致鋼的(de)(de)脆性(xing)出(chu)現，特別(bie)是在晶(jing)(jing)界(jie)和(he)亞晶(jing)(jing)界(jie)析出(chu)的(de)(de)氮(dan)化物對鋼的(de)(de)沖擊(ji)韌性(xing)和(he)動態應變的(de)(de)塑性(xing)十(shi)分有害，但對鋼的(de)(de)屈服強度(du)和(he)抗拉強度(du)的(de)(de)影響較小。
關于氮(dan)(dan)(dan)元素(su)對不(bu)銹鋼耐蝕(shi)性能的影(ying)(ying)響在9.5.2、9.6.2.3等節中已有(you)論述，但(dan)高氮(dan)(dan)(dan)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中氮(dan)(dan)(dan)對耐蝕(shi)性能的影(ying)(ying)響報(bao)道較少。
