表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體不(bu)銹鋼(gang)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。
高氮鋼晶體(ti)結(jie)(jie)構一個主要特點(dian)是自由電子濃度(du)的(de)(de)增(zeng)加，提(ti)高了原子間(jian)金屬鍵(jian)鍵(jian)合，使電子在晶體(ti)結(jie)(jie)構中的(de)(de)分布更(geng)均勻(yun)。因此，位錯滑移(yi)時并不(bu)減弱或者破(po)壞(huai)原子間(jian)結(jie)(jie)合，使材料具(ju)有高的(de)(de)強度(du)和高的(de)(de)斷(duan)裂韌(ren)性，但(dan)氮含量高于0.5％時，因原子間(jian)金屬鍵(jian)鍵(jian)合下(xia)降而不(bu)利于韌(ren)性。
在奧氏體鋼中，氮(dan)原子(zi)與位錯的結合能(neng)(neng)高于碳原子(zi)與位錯的結合能(neng)(neng)，而且這種結合能(neng)(neng)隨氮(dan)含量的增(zeng)加而增(zeng)加，因此氮(dan)原子(zi)比碳原子(zi)更能(neng)(neng)有效地阻(zu)塞位錯。
實驗證(zheng)明，氮與碳(tan)不(bu)同，其(qi)在(zai)晶(jing)界的(de)偏析傾向(xiang)不(bu)明顯，氮和(he)(he)晶(jing)界的(de)親和(he)(he)力(li)很(hen)弱。這可以解釋高氮鋼為何具(ju)有(you)良好的(de)耐晶(jing)間腐蝕性能和(he)(he)高溫力(li)學性能。
在鐵基固溶體(ti)中，氮(dan)原子與鄰近置換型合金元素傾向(xiang)于(yu)金屬鍵結(jie)合，有助于(yu)短程有序，這有利于(yu)合金元素更均勻地分(fen)布，增加了奧(ao)氏體(ti)的穩定性，抑制了沉淀(dian)析出(chu)和發(fa)生腐蝕。
大多(duo)數試驗結果認為，奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)鋼中添加氮會(hui)降(jiang)低層錯能。在(zai)含(han)氮奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼的形(xing)變過程中，氮促進平(ping)面(mian)滑移，這(zhe)是由于層錯能低，能阻止位錯攀移出滑移面(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)(han)碳(tan)的(de)(de)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在溫(wen)度(du)降至(zhi)-269℃時，其屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)升高(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)多，而高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)則(ze)隨溫(wen)度(du)的(de)(de)降低而顯(xian)著提(ti)高(gao)。如果在23℃時含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)較含(han)(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)出23％，則(ze)在-269℃時含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)則(ze)較含(han)(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)出300％。因(yin)此，高(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)可用于制(zhi)作超導磁體的(de)(de)外(wai)殼，但應注意(yi)，高(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在低溫(wen)時會出現韌(ren)脆(cui)轉變溫(wen)度(du)，如果高(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中加入適量的(de)(de)Mo和(he)Ni則(ze)可以改善低溫(wen)時鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性，同時降低鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)。
冷變(bian)(bian)形(xing)是提高奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)強(qiang)(qiang)度的(de)(de)有效(xiao)手段，其(qi)效(xiao)果遠高于(yu)(yu)固溶強(qiang)(qiang)化。冷變(bian)(bian)形(xing)對(dui)于(yu)(yu)高氮(dan)(dan)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)強(qiang)(qiang)化效(xiao)果尤為(wei)顯著。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮(dan)(dan)1.07％和冷變(bian)(bian)形(xing)量為(wei)50％時， 可使鋼(gang)的(de)(de)屈服強(qiang)(qiang)度超過2000MPa。氮(dan)(dan)還(huan)增加(jia)鋼(gang)的(de)(de)形(xing)變(bian)(bian)強(qiang)(qiang)化率，但對(dui)鋼(gang)的(de)(de)形(xing)變(bian)(bian)強(qiang)(qiang)化指數n的(de)(de)影(ying)響較(jiao)小(xiao)。
在(zai)奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)中加入氮可(ke)以(yi)顯著地提高奧(ao)氏(shi)(shi)體的(de)穩定性，有效地抑制在(zai)變形過程中a'和ε（hcp）馬氏(shi)(shi)體的(de)形成，甚至(zhi)在(zai)低溫時也不會出(chu)現(xian)a'馬氏(shi)(shi)體。
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)(dan)原子間隙固溶(rong)于奧氏體中時，鋼(gang)(gang)顯示出良(liang)好的強度和(he)韌性，但當有氮(dan)(dan)化物析出時，將導致(zhi)鋼(gang)(gang)的脆性出現，特別是在晶界(jie)和(he)亞(ya)晶界(jie)析出的氮(dan)(dan)化物對鋼(gang)(gang)的沖擊韌性和(he)動(dong)態應變的塑性十分有害，但對鋼(gang)(gang)的屈服強度和(he)抗(kang)拉(la)強度的影響較(jiao)小。
關于氮(dan)元素對不銹(xiu)鋼耐蝕(shi)性能的影響(xiang)在9.5.2、9.6.2.3等節中已有論述(shu)，但高氮(dan)奧氏體不銹(xiu)鋼中氮(dan)對耐蝕(shi)性能的影響(xiang)報道較少。
