近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼加氮問題，已進行了大量研究。氮對不銹鋼基體組織的影響和作用，主要是在對其組織、力學性能和耐蝕性方面，其有益作用在本章前面部分已有闡述。目前控氮型和中氮型不銹鋼在常壓冶煉技術條件下就可以完成，成本優勢顯著。主要方法是：
①. 在熔煉過程中將FeCrN、CrN、MnN或Si3N4等中間合金加入到熔池中，以調整合金成分；
②. 向AOD熔池底吹氮。
20世紀80年代以來，隨著冶金技術的進步及人們深入研究了Cr、Mn等主要元素對氮溶解度的影響規律之后，才逐漸開發出各種高氮奧(ao)氏體不銹鋼(gang)。近年來，超導技術的發展對低溫無磁材料需求的升溫，以及作為化工和能源開發材料用高強度不銹鋼需求量的不斷增長，進一步促進了高氮高強度不銹鋼的研制和發展。雖然人們對高氮鋼（包含高氮不銹鋼，以下同）已有大量研究，但“高氮鋼”的定義尚無統一認識。許多學者認為，奧氏體基體的氮含量大于0.4％或鐵素體基體中的氮含量大于0.08％的鋼是高氮鋼。
制備高氮鋼的(de)主要技(ji)術問題是如(ru)何(he)使熔體中得到高質量分數的(de)氮，以(yi)及如(ru)何(he)防(fang)止其在凝固過程中的(de)逸出問題。
目前，制(zhi)備高氮(dan)鋼(gang)(gang)大體分為氮(dan)氣加壓(ya)(ya)熔(rong)煉法、粉(fen)末冶金法和表面滲氮(dan)法。氮(dan)氣加壓(ya)(ya)熔(rong)煉法經過多(duo)年發(fa)展，現已成功開發(fa)出的(de)高氮(dan)鋼(gang)(gang)加壓(ya)(ya)技術，主(zhu)要有加壓(ya)(ya)感應熔(rong)煉法（PIM）、加壓(ya)(ya)電(dian)渣(zha)重(zhong)熔(rong)法（PESR）、加壓(ya)(ya)等離子(zi)熔(rong)煉法（PARP）、加壓(ya)(ya)電(dian)弧渣(zha)重(zhong)熔(rong)（ASRP）等。
加壓(ya)(ya)感應(ying)熔煉法是把真空感應(ying)爐變(bian)成高壓(ya)(ya)感應(ying)熔煉設(she)備，一般熔化(hua)時壓(ya)(ya)力達到大約1MPa，這對于分批生(sheng)產100kg金屬是合適的(de)。
加壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)渣(zha)重熔法是(shi)目前(qian)商業生(sheng)產(chan)高(gao)氮(dan)鋼的有效方法。1980年德國(guo)Krupp公司(si)(si)建成(cheng)世界第(di)一臺16t高(gao)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)渣(zha)爐。1988年德國(guo)VSG公司(si)(si)又建成(cheng)20t高(gao)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)渣(zha)爐，如(ru)圖9.94所示(shi)，熔煉室(shi)運行壓(ya)(ya)力可達4.2MPa，生(sheng)產(chan)鑄(zhu)錠的直徑(jing)為430~1000mm。爐子有密(mi)封滑動(dong)導電(dian)(dian)(dian)系(xi)統，固(gu)定圓柱銅模位于(yu)下部，氮(dan)以氮(dan)化物粒子形(xing)式與脫(tuo)氧劑連續加入。該(gai)爐已(yi)成(cheng)功生(sheng)產(chan)了用(yong)做發電(dian)(dian)(dian)機轉子護環的P900N鋼。
烏(wu)克蘭、俄羅(luo)斯、德(de)國等(deng)國家的一些(xie)研究所及(ji)公司開發了工業化(hua)的加壓等(deng)離(li)子(zi)(zi)電弧(hu)重(zhong)(zhong)熔(rong)技術。在(zai)(zai)等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧(hu)中(zhong)，氮(dan)被分(fen)離(li)成原(yuan)子(zi)(zi)供給液態金(jin)(jin)屬(shu)，提(ti)高了金(jin)(jin)屬(shu)的吸氮(dan)率。研究表明，在(zai)(zai)含氮(dan)氣氛(fen)中(zhong)進行等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧(hu)重(zhong)(zhong)熔(rong)是冶煉高氮(dan)鋼(gang)時(shi)用(yong)氮(dan)合(he)金(jin)(jin)化(hua)的一種(zhong)有效的方法，已(yi)穩定地生產出錠(ding)重(zhong)(zhong)達3.4噸的高氮(dan)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)錠(ding)。
國內外采用(yong)粉末冶金法生產高(gao)氮不銹(xiu)鋼的主要方式(shi)：
①. 先制取高氮不銹鋼粉末，然后采用模壓燒結、粉末軋制、熱等靜壓等粉末冶金成形方式制備高氮不銹鋼制品；
②. 將一般不銹鋼粉通過模壓成形、注射成形等方式加工成生坯后，在燒結過程中進行滲氮處理。
在0.101MPa（1atm）下，氮在α-Fe、δ-Fe、γ-Fe及液態鐵中的溶解度如圖9.95所示。氮在α-Fe、δ-Fe中的溶解度遠低于在γ-Fe中的溶解度。在1873K時，氮在液態鐵中的溶解度只有0.045％。根據Sievert規律，鋼液中的氮含量與氮氣壓力的平方根成正比，鋼液中氮的溶解度隨氮氣壓力的增加而增加。因此，商業用高氮不銹鋼粉末首先在氮氣氣氛中進行高壓熔煉，以提高鋼液中的氮含量。在純鐵、Fe-Cr合金、Fe-Mn-Cr合金凝固期間會形成δ-Fe，在其形成范圍內，氮的溶解度降低到低于液態的平衡溶解度，成為鋼錠產生縮孔的原因。增加壓力，有可能避免Fe-Mn-Cr合金中形成δ-Fe相區，可以保證鋼中的氮含量且不會出現縮孔。在一般Cr-Ni不銹鋼中沒有8-Fe相區，采用氮合金化沒有縮孔問題，凝固期間也不需要壓力。
根(gen)據不(bu)同合金元(yuan)素對氮(dan)(dan)在鋼液(ye)中(zhong)(zhong)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)的(de)(de)研究(jiu)表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等(deng)元(yuan)素（按(an)由強(qiang)到弱順序(xu)）可(ke)以(yi)用(yong)來增加不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)。Ti、Zr、V、Nb等(deng)元(yuan)素有很強(qiang)的(de)(de)形成氮(dan)(dan)化物的(de)(de)趨勢(shi)(shi)，Cr也能(neng)顯著(zhu)提高氮(dan)(dan)在不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)，其形成氮(dan)(dan)化物的(de)(de)趨勢(shi)(shi)較(jiao)小(xiao)。Mn在許多不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)用(yong)來增加氮(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)，且價格較(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等(deng)元(yuan)素則(ze)降(jiang)低氮(dan)(dan)在鋼液(ye)中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)(du)。
用高壓氮氣作為霧化氣將熔體破碎成粉末，通過快速凝固使熔融金屬液中的氮不致析出，最終獲得高氮鋼粉，采用此技術可制備氮含量達1.0％的不銹鋼粉末。利用熱等靜壓（HIP）技術可將高氮奧氏體鋼粉末制成高氮奧氏體耐蝕不銹鋼制品，可以達到99％～100％的相對密度，具有良好的力學性能和耐蝕性能。用此方法已生產出北海油田海下及海面平臺上的部件，如法蘭盤、接頭、閥體等，有的閥體重達2t。目前，HIP技術在粉末冶金高氮不銹鋼中的應用是非常廣泛和有效的。由于鐵素體不銹鋼中的氮溶解度低，用HIP方法生產高氮鐵素體不銹鋼需要更高的壓力。
固態滲氮有多種方法，如(ru)機械合金化、燒結滲氮等。
高氮不銹鋼粉末(mo)的(de)成(cheng)形技術除了上(shang)述熱等(deng)靜壓技術外，還可以采(cai)用粉末(mo)注射成(cheng)形、燒結-自由鍛造、爆炸成(cheng)形等(deng)。
粉末注射成(cheng)形（metal injection moulding，MIM）工(gong)藝是把(ba)金屬粉與有機黏結(jie)劑(ji)混(hun)合，把(ba)混(hun)合物噴入模中(zhong)，再在110℃酸性含氮氣氛中(zhong)進行(xing)電解分離去除(chu)黏結(jie)劑(ji)。去除(chu)黏結(jie)劑(ji)后，粉粒很(hen)弱地結(jie)合在一起，在合金中(zhong)保留開放(fang)的空隙通道。在燒(shao)結(jie)氮化(hua)處理(li)期間，燒(shao)結(jie)進行(xing)得(de)慢而骨架氮化(hua)很(hen)快，其(qi)工(gong)藝如圖9.96所示。最(zui)后將(jiang)產品(pin)進行(xing)固(gu)溶處理(li)。該工(gong)藝適于處理(li)小型零(ling)件(jian)。
