表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹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(xiu)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(gang)晶體(ti)結構(gou)(gou)一個主(zhu)要特點是自由電子(zi)濃(nong)度的(de)增(zeng)加，提高了原(yuan)子(zi)間金屬鍵(jian)鍵(jian)合，使(shi)電子(zi)在晶體(ti)結構(gou)(gou)中的(de)分布更均勻。因此，位錯滑移(yi)時并(bing)不減弱或者破壞原(yuan)子(zi)間結合，使(shi)材料具(ju)有高的(de)強(qiang)度和高的(de)斷裂韌性(xing)，但氮含量高于0.5％時，因原(yuan)子(zi)間金屬鍵(jian)鍵(jian)合下降而不利于韌性(xing)。
在奧氏體鋼中(zhong)，氮原(yuan)子與位錯(cuo)的結(jie)合能高于碳原(yuan)子與位錯(cuo)的結(jie)合能，而(er)(er)且這種結(jie)合能隨氮含量(liang)的增(zeng)加(jia)而(er)(er)增(zeng)加(jia)，因此氮原(yuan)子比碳原(yuan)子更能有效地阻塞位錯(cuo)。
實驗證明，氮與碳(tan)不同，其在(zai)晶(jing)界(jie)的偏析傾向不明顯，氮和(he)(he)晶(jing)界(jie)的親(qin)和(he)(he)力很弱。這可以(yi)解釋高氮鋼為何(he)具(ju)有良好的耐晶(jing)間腐蝕性能和(he)(he)高溫力學性能。
在鐵(tie)基固溶(rong)體中，氮原子與(yu)鄰近(jin)置(zhi)換型合金元素傾向于(yu)金屬鍵(jian)結合，有助(zhu)于(yu)短程有序，這(zhe)有利于(yu)合金元素更均(jun)勻地分布，增加了奧氏(shi)體的穩定性，抑制了沉(chen)淀析出和發生腐蝕。
大(da)多數試驗結果認為，奧(ao)氏(shi)體鋼中添加氮會降低層錯能。在含氮奧(ao)氏(shi)體不銹鋼的(de)形(xing)變過程中，氮促進平(ping)面(mian)滑移(yi)，這是由于(yu)層錯能低，能阻止位(wei)錯攀(pan)移(yi)出滑移(yi)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)(de)(de)(de)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在溫(wen)(wen)度(du)降(jiang)至-269℃時，其(qi)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)升(sheng)高不(bu)(bu)(bu)(bu)多，而(er)高氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)則(ze)(ze)隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而(er)顯著提高。如(ru)果(guo)在23℃時含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)較(jiao)含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高出23％，則(ze)(ze)在-269℃時含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)則(ze)(ze)較(jiao)含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高出300％。因此，高氮奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)可用于制(zhi)作超導磁(ci)體的(de)(de)(de)(de)外(wai)殼，但應注意，高氮奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在低(di)溫(wen)(wen)時會出現韌脆轉變溫(wen)(wen)度(du)，如(ru)果(guo)高氮奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中加入適量的(de)(de)(de)(de)Mo和(he)Ni則(ze)(ze)可以改善(shan)低(di)溫(wen)(wen)時鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)韌性，同時降(jiang)低(di)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)。
冷變形是提高奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)強度(du)的有效(xiao)手(shou)段，其效(xiao)果(guo)遠高于(yu)固溶強化(hua)。冷變形對于(yu)高氮奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的強化(hua)效(xiao)果(guo)尤為顯著(zhu)。例如，在(zai)(zai)Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在(zai)(zai)含氮1.07％和冷變形量為50％時， 可(ke)使鋼(gang)(gang)的屈服(fu)強度(du)超過2000MPa。氮還增加鋼(gang)(gang)的形變強化(hua)率，但對鋼(gang)(gang)的形變強化(hua)指數(shu)n的影響較小(xiao)。
在奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼中加(jia)入氮可以顯著地(di)提高奧(ao)氏體(ti)的(de)穩定性(xing)，有效地(di)抑制在變(bian)形過程中a'和ε（hcp）馬氏體(ti)的(de)形成(cheng)，甚至(zhi)在低溫時也不(bu)會(hui)出現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(dang)全部氮(dan)原子間隙固溶于奧(ao)氏體中(zhong)時，鋼顯示出(chu)(chu)良好(hao)的(de)(de)強度和韌(ren)性，但當(dang)有氮(dan)化物(wu)析出(chu)(chu)時，將導致鋼的(de)(de)脆性出(chu)(chu)現(xian)，特別(bie)是(shi)在晶界和亞晶界析出(chu)(chu)的(de)(de)氮(dan)化物(wu)對鋼的(de)(de)沖擊韌(ren)性和動態應變的(de)(de)塑性十分有害(hai)，但對鋼的(de)(de)屈服強度和抗拉強度的(de)(de)影響較(jiao)小。
關于氮(dan)元(yuan)素對不銹鋼耐(nai)(nai)蝕性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響在9.5.2、9.6.2.3等節(jie)中已有論述(shu)，但高氮(dan)奧氏體(ti)不銹鋼中氮(dan)對耐(nai)(nai)蝕性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響報道較少(shao)。
