氮 氮作為合金元素早期用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中，以節約鎳。除節鎳效果外，氮通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強度，而不顯著損害其塑性和韌性，同時氮還可以提高鋼的耐均(jun)勻(yun)腐蝕(shi)、耐點(dian)蝕、耐縫隙腐蝕和耐晶間腐蝕的性能。

 由于氮的(de)(de)良(liang)好作用(yong)(yong)，用(yong)(yong)氮合金(jin)化的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)不(bu)斷取得(de)進(jin)展并獲得(de)應用(yong)(yong)。目(mu)前(qian)應用(yong)(yong)的(de)(de)含(han)氮奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)可以(yi)分(fen)為三種(zhong)類型：

1. 控氮型

   此類鋼是在超低碳(tan)（0.02％～0.03％）鉻(ge)鎳奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼中加(jia)入(ru)0.05％～0.12％N，用以提高鋼的(de)(de)強度，使其達到含穩定化元素鈦或普(pu)通低碳(tan)（≤0.08％）奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)水平。

2. 中氮型

   此(ci)(ci)類(lei)鋼(gang)含有(you)0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力條件下冶煉和澆鑄所得到的(de)(de)氮合金化奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)。此(ci)(ci)類(lei)鋼(gang)以耐腐(fu)蝕為主要目的(de)(de)，同時(shi)具有(you)較高的(de)(de)強度。

3. 高氮型

   此類鋼(gang)氮(dan)含(han)量在(zai)(zai)0.40％以上。此類鋼(gang)在(zai)(zai)加壓條件(jian)下冶(ye)煉(lian)和澆(jiao)鑄，或(huo)者調整鋼(gang)中的鉻、錳含(han)量在(zai)(zai)常規條件(jian)下冶(ye)煉(lian)和澆(jiao)鑄，將氮(dan)加入到足夠(gou)高的水(shui)平。此類鋼(gang)主(zhu)要(yao)在(zai)(zai)固溶態或(huo)半冷加工狀態下使(shi)用，既(ji)具有高強度，又耐腐(fu)蝕(shi)。

  氮形成奧氏體的能力與碳相當，約為鎳的30倍。氮在奧氏體不銹鋼中可代替部分鎳，可降低鋼中的鐵素體含量，并使奧氏體更穩定，甚至可避免出現馬氏體轉變。在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，氮含量的增加可形成氮化物Cr₂N（圖9.54）。

 氮顯著提高奧氏體鋼的強度（圖4.19），每加入0.010％N，可提高鉻鎳奧氏體不銹鋼的室溫強度（σ_0.2、σ_b）60～100MPa，其塑性仍保持足夠高的水平。圖9.67顯示氮含量對022Cr19Ni10鋼室溫力學性能的影響。在高氮奧氏體鋼中，氮亦可以提高其強度，氮含量為1.2％的低碳Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼的屈服強度可達800～900MPa。曾對低碳的18Cr-18Mn-N奧氏體不銹鋼的力學性能進行過研究，經固溶處理后可獲得單一的奧氏體組織，圖9.68為氮含量對其室溫屈服強度和斷裂韌度的影響。研究結果表明，在氮固溶于奧氏體的情況下，其含量高至0.74％時，斷裂韌度不降低，而其屈服強度顯著提高。通過冷加工變形，可以進一步提高其屈服強度。在固溶氮含量為0.58％時，經過40％的冷變形，鋼的屈服強度可達1400～1500MPa，其斷裂韌度將由很高的500MPa·m^1/2降至依然不錯的200MPa·m^1/2。

 在(zai)氮含(han)量小于(yu)0.67％時，鉻鎳奧氏體不銹(xiu)鋼仍有低(di)的韌脆(cui)轉變(bian)溫度(du)(du)，在(zai)-200℃的低(di)溫下仍有足夠高(gao)(gao)的沖(chong)擊性能，但(dan)當氮含(han)量達(da)到0.84％時，其韌脆(cui)轉變(bian)溫度(du)(du)較(jiao)高(gao)(gao)，-200℃的沖(chong)擊韌性已(yi)顯(xian)得過低(di)。

  在一些酸性介質中，氮提高奧氏體不銹鋼耐一般腐蝕性能。適量的氮還提高奧氏體不銹鋼敏化態的耐晶間腐蝕性能，這是由于氮作為活性元素優先沿晶界聚集，氮降低碳原子和鉻原子的擴散能力，從而抑制M₂₃C₆型碳化物的析出和延緩σ相、x相的形成。圖9.69為氮對17Cr-13Ni-4,5Mo鋼中M₂₃C₆型碳化物析出行為的影響。適量的氮還可以顯著改善敏化狀態的耐晶間應力腐蝕開裂。

 氮還提高鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼耐稀硝酸腐蝕的性(xing)能。

 在氯化物(wu)環境中(zhong)，氮顯著提高奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和縫隙腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)。研究(jiu)表明，氮僅是強化鉻、鉬元素在奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)作用(yong)，鉻、鉬的(de)(de)(de)存在是氮改善奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)作用(yong)的(de)(de)(de)前提。氮耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和耐(nai)縫隙腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力約(yue)相當于鉻的(de)(de)(de)30倍。

 氮提高不銹鋼耐點蝕和耐縫隙腐蝕的機理尚有不同的觀點：氮在表面膜中富集，同時使表面膜中富鉻，從而提高鋼的鈍化能力和鈍態穩定性；氮與閉塞區的溶液反應形成NH^-₄，消耗H^-，使初始蝕坑內pH升高，氮亦可產生NO^-₃，均有利于鋼的鈍化。

 鉻鎳奧氏體不銹鋼中(zhong)(zhong)的氮含量在(zai)0.12％～0.15％時，鋼的熱、冷(leng)(leng)加工(gong)(gong)性(xing)(xing)(xing)(xing)及冷(leng)(leng)成(cheng)形(xing)性(xing)(xing)(xing)(xing)等將(jiang)有所下降(jiang)。熱加工(gong)(gong)性(xing)(xing)(xing)(xing)能的降(jiang)低是(shi)由于鋼中(zhong)(zhong)氮化物和(he)(he)碳氮化物的析出(chu)影(ying)響了鋼的熱塑性(xing)(xing)(xing)(xing)，而(er)氮的固(gu)溶(rong)強化又減緩鋼的回復過(guo)程(cheng)。冷(leng)(leng)加工(gong)(gong)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)冷(leng)(leng)成(cheng)形(xing)性(xing)(xing)(xing)(xing)的降(jiang)低主要(yao)是(shi)氮固(gu)溶(rong)強化所致。