表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體不(bu)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(bu)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。
高氮鋼晶體結(jie)(jie)構一個主(zhu)要特點是自由(you)電(dian)子(zi)(zi)(zi)濃度的增加(jia)，提高了原子(zi)(zi)(zi)間金(jin)屬鍵(jian)鍵(jian)合，使電(dian)子(zi)(zi)(zi)在晶體結(jie)(jie)構中的分布更(geng)均勻。因(yin)此，位錯滑(hua)移時并不減弱或(huo)者破壞原子(zi)(zi)(zi)間結(jie)(jie)合，使材料具有高的強(qiang)度和高的斷(duan)裂韌性，但氮含量(liang)高于0.5％時，因(yin)原子(zi)(zi)(zi)間金(jin)屬鍵(jian)鍵(jian)合下降而不利于韌性。
在奧氏體鋼中，氮(dan)原(yuan)子(zi)(zi)與位錯(cuo)的結(jie)合能(neng)(neng)高于(yu)碳原(yuan)子(zi)(zi)與位錯(cuo)的結(jie)合能(neng)(neng)，而(er)(er)且這種結(jie)合能(neng)(neng)隨氮(dan)含(han)量的增(zeng)加而(er)(er)增(zeng)加，因此氮(dan)原(yuan)子(zi)(zi)比碳原(yuan)子(zi)(zi)更能(neng)(neng)有效地阻塞位錯(cuo)。
實驗證明(ming)(ming)，氮與碳不(bu)同，其在晶(jing)界(jie)的偏(pian)析傾(qing)向不(bu)明(ming)(ming)顯，氮和(he)晶(jing)界(jie)的親和(he)力(li)很弱(ruo)。這可(ke)以解釋高氮鋼為何具(ju)有良好的耐晶(jing)間腐蝕性能(neng)和(he)高溫力(li)學性能(neng)。
在(zai)鐵(tie)基固溶(rong)體中，氮原子與鄰近置(zhi)換型合(he)金元素傾向于(yu)(yu)金屬鍵結(jie)合(he)，有助于(yu)(yu)短程有序(xu)，這(zhe)有利于(yu)(yu)合(he)金元素更(geng)均(jun)勻地分(fen)布(bu)，增加了奧氏體的穩(wen)定性，抑制了沉淀析出和發(fa)生腐蝕(shi)。
大多數試驗結果認為，奧氏(shi)體鋼中添加氮(dan)(dan)會降低(di)層(ceng)錯(cuo)能。在含氮(dan)(dan)奧氏(shi)體不銹鋼的形變過程(cheng)中，氮(dan)(dan)促(cu)進平面(mian)滑(hua)移，這是(shi)由(you)于層(ceng)錯(cuo)能低(di)，能阻止位(wei)錯(cuo)攀移出滑(hua)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(tan)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)溫(wen)(wen)度(du)降(jiang)至-269℃時(shi)(shi)，其屈(qu)服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)升(sheng)高(gao)不(bu)多，而高(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)則隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)降(jiang)低而顯著提高(gao)。如果在(zai)23℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)較含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)出(chu)23％，則在(zai)-269℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)則較含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)出(chu)300％。因此，高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)可(ke)(ke)用(yong)于制作超導(dao)磁體(ti)(ti)的(de)外殼，但應注意，高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)低溫(wen)(wen)時(shi)(shi)會(hui)出(chu)現韌脆轉變溫(wen)(wen)度(du)，如果高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中加(jia)入適量(liang)的(de)Mo和(he)Ni則可(ke)(ke)以改(gai)善低溫(wen)(wen)時(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)韌性，同時(shi)(shi)降(jiang)低鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)。
冷(leng)(leng)變形是提高(gao)(gao)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)強度的有效(xiao)手段，其(qi)效(xiao)果遠高(gao)(gao)于固(gu)溶強化。冷(leng)(leng)變形對于高(gao)(gao)氮奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的強化效(xiao)果尤為(wei)顯著。例如，在(zai)Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在(zai)含氮1.07％和冷(leng)(leng)變形量為(wei)50％時， 可使鋼(gang)(gang)的屈(qu)服強度超過(guo)2000MPa。氮還增加鋼(gang)(gang)的形變強化率，但對鋼(gang)(gang)的形變強化指數(shu)n的影響較小(xiao)。
在奧氏體(ti)不(bu)銹鋼中加(jia)入氮可以顯著地提(ti)高奧氏體(ti)的穩定(ding)性，有(you)效地抑(yi)制在變形過程中a'和ε（hcp）馬氏體(ti)的形成，甚至在低溫時(shi)也不(bu)會出現(xian)a'馬氏體(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。
當全(quan)部氮(dan)原子間隙固溶于奧氏體中時，鋼(gang)顯示出(chu)良好的(de)強度和韌性(xing)(xing)，但(dan)當有氮(dan)化物(wu)析出(chu)時，將導致(zhi)鋼(gang)的(de)脆性(xing)(xing)出(chu)現，特(te)別是在晶界和亞晶界析出(chu)的(de)氮(dan)化物(wu)對(dui)(dui)鋼(gang)的(de)沖擊韌性(xing)(xing)和動態應(ying)變的(de)塑性(xing)(xing)十分有害，但(dan)對(dui)(dui)鋼(gang)的(de)屈服(fu)強度和抗拉強度的(de)影響較小。
關于(yu)氮(dan)元素(su)對不(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)蝕性(xing)能的影(ying)(ying)響在9.5.2、9.6.2.3等節中已有論述，但高(gao)氮(dan)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中氮(dan)對耐(nai)蝕性(xing)能的影(ying)(ying)響報道(dao)較(jiao)少。
