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(gang)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勻(yun)腐蝕、耐點蝕(shi)、耐縫隙腐蝕和耐晶間腐(fu)蝕(shi)的性能。

 由于氮(dan)的良好作用(yong)，用(yong)氮(dan)合金(jin)化的奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)不斷取得(de)進展(zhan)并獲得(de)應用(yong)。目前應用(yong)的含氮(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)可以分為三種類型：

1. 控氮型

   此類鋼(gang)是在超低碳（0.02％～0.03％）鉻(ge)鎳(nie)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中加入0.05％～0.12％N，用(yong)以提(ti)高鋼(gang)的(de)強度，使(shi)其(qi)達到含(han)穩定化(hua)元素鈦(tai)或普通(tong)低碳（≤0.08％）奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)水平。

2. 中氮型

   此(ci)類鋼含有0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力條(tiao)件下冶煉(lian)和澆鑄所得到的(de)氮(dan)合金(jin)化奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼。此(ci)類鋼以(yi)耐腐蝕為主要目的(de)，同(tong)時具有較高的(de)強度。

3. 高氮(dan)型

   此類鋼氮含(han)量在(zai)0.40％以上。此類鋼在(zai)加(jia)壓條件(jian)下冶煉和(he)澆(jiao)鑄，或(huo)者調整鋼中的鉻、錳含(han)量在(zai)常規條件(jian)下冶煉和(he)澆(jiao)鑄，將氮加(jia)入(ru)到足夠高(gao)的水平(ping)。此類鋼主要在(zai)固(gu)溶態(tai)或(huo)半(ban)冷加(jia)工(gong)狀(zhuang)態(tai)下使用(yong)，既具有高(gao)強度，又耐腐蝕。

  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。

 在氮含量小于0.67％時，鉻(ge)鎳奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼仍(reng)有低的(de)(de)韌脆轉變溫度，在-200℃的(de)(de)低溫下仍(reng)有足夠高的(de)(de)沖(chong)擊(ji)性能(neng)，但當氮含量達到0.84％時，其(qi)韌脆轉變溫度較高，-200℃的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌性已顯得過(guo)低。

  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(fu)蝕開裂。

 氮還(huan)提高鉻鎳鉬(mu)奧氏體不銹鋼(gang)耐稀硝酸腐(fu)蝕的性能(neng)。

 在(zai)氯化物(wu)環境中(zhong)，氮顯著提高奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)耐(nai)點蝕(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)性能。研(yan)究(jiu)表明，氮僅是強化鉻、鉬元素在(zai)奧氏體(ti)中(zhong)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)作用，鉻、鉬的(de)(de)存在(zai)是氮改善奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)耐(nai)蝕(shi)作用的(de)(de)前提。氮耐(nai)點蝕(shi)和耐(nai)縫(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)能力約相(xiang)當于鉻的(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(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)含量在0.12％～0.15％時，鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)熱、冷(leng)加工(gong)性(xing)(xing)及冷(leng)成形性(xing)(xing)等將有所(suo)下(xia)降(jiang)。熱加工(gong)性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低是由于鋼(gang)中氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)和碳(tan)氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析出影響(xiang)了鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)熱塑性(xing)(xing)，而氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)溶強化(hua)(hua)又減緩鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)復過程。冷(leng)加工(gong)性(xing)(xing)和冷(leng)成形性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低主要是氮(dan)固(gu)溶強化(hua)(hua)所(suo)致(zhi)。