近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼(gang)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。
制備高氮鋼的主(zhu)要技術問題是如何使熔體中得到高質量分數的氮，以及如何防止其在(zai)凝固過程中的逸出問題。
目前，制備高氮(dan)(dan)鋼大體分為(wei)氮(dan)(dan)氣加(jia)壓(ya)(ya)熔煉(lian)(lian)法(fa)(fa)(fa)、粉末(mo)冶金法(fa)(fa)(fa)和表面(mian)滲氮(dan)(dan)法(fa)(fa)(fa)。氮(dan)(dan)氣加(jia)壓(ya)(ya)熔煉(lian)(lian)法(fa)(fa)(fa)經過多年發(fa)展，現(xian)已成(cheng)功開(kai)發(fa)出的(de)高氮(dan)(dan)鋼加(jia)壓(ya)(ya)技術(shu)，主要有(you)加(jia)壓(ya)(ya)感應熔煉(lian)(lian)法(fa)(fa)(fa)（PIM）、加(jia)壓(ya)(ya)電渣(zha)重熔法(fa)(fa)(fa)（PESR）、加(jia)壓(ya)(ya)等離子熔煉(lian)(lian)法(fa)(fa)(fa)（PARP）、加(jia)壓(ya)(ya)電弧渣(zha)重熔（ASRP）等。
加(jia)壓(ya)感(gan)應熔(rong)(rong)煉法是把真空感(gan)應爐(lu)變成(cheng)高壓(ya)感(gan)應熔(rong)(rong)煉設備，一(yi)般熔(rong)(rong)化(hua)時(shi)壓(ya)力達(da)到大約1MPa，這對于分批生產100kg金屬是合適(shi)的(de)。
加壓(ya)電(dian)渣重熔(rong)(rong)法是目前商業生(sheng)產(chan)(chan)高氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)有效(xiao)方法。1980年德(de)國Krupp公(gong)司(si)建成世界第一臺16t高壓(ya)電(dian)渣爐。1988年德(de)國VSG公(gong)司(si)又建成20t高壓(ya)電(dian)渣爐，如(ru)圖9.94所示，熔(rong)(rong)煉室(shi)運行壓(ya)力可達(da)4.2MPa，生(sheng)產(chan)(chan)鑄錠(ding)的(de)直(zhi)徑為430~1000mm。爐子(zi)有密封滑動導電(dian)系統，固定(ding)圓(yuan)柱銅模位于下部，氮(dan)以氮(dan)化(hua)物粒子(zi)形式與脫氧劑連續加入。該爐已成功生(sheng)產(chan)(chan)了用做發電(dian)機轉子(zi)護環的(de)P900N鋼(gang)(gang)。
烏克蘭、俄(e)羅斯、德(de)國等(deng)國家的(de)一些研究(jiu)所(suo)及公司開發了工業(ye)化的(de)加壓(ya)等(deng)離(li)子(zi)電(dian)弧(hu)重(zhong)(zhong)熔(rong)技術。在(zai)等(deng)離(li)子(zi)弧(hu)中，氮(dan)(dan)被分離(li)成(cheng)原子(zi)供給液態金(jin)屬，提高了金(jin)屬的(de)吸氮(dan)(dan)率。研究(jiu)表明，在(zai)含氮(dan)(dan)氣氛中進行(xing)等(deng)離(li)子(zi)弧(hu)重(zhong)(zhong)熔(rong)是冶煉高氮(dan)(dan)鋼時用氮(dan)(dan)合金(jin)化的(de)一種(zhong)有效的(de)方法，已穩定地生產(chan)出錠(ding)重(zhong)(zhong)達3.4噸的(de)高氮(dan)(dan)奧氏(shi)體不銹鋼錠(ding)。
國(guo)內外采用粉(fen)末(mo)冶(ye)金法生產(chan)高氮不銹鋼的主要方式：
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。
根據不同合金元(yuan)素(su)對氮(dan)在(zai)鋼(gang)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)溶(rong)(rong)(rong)解度的(de)(de)研究表(biao)明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等(deng)(deng)元(yuan)素(su)（按由強(qiang)(qiang)到弱順序）可以用來(lai)增(zeng)(zeng)加不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解度。Ti、Zr、V、Nb等(deng)(deng)元(yuan)素(su)有很強(qiang)(qiang)的(de)(de)形成氮(dan)化物的(de)(de)趨勢，Cr也能顯著提高氮(dan)在(zai)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解度，其形成氮(dan)化物的(de)(de)趨勢較小。Mn在(zai)許多不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)用來(lai)增(zeng)(zeng)加氮(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解度，且(qie)價格較低。Cu、Ni、Si、B等(deng)(deng)元(yuan)素(su)則降低氮(dan)在(zai)鋼(gang)液(ye)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解度。
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(xiu)鋼(gang)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(dan)有多種方法，如機械合(he)金化、燒結滲氮(dan)等。
高(gao)氮(dan)不銹鋼粉末的(de)成(cheng)形技術除了上述熱等靜(jing)壓技術外，還可以采用粉末注射(she)成(cheng)形、燒結-自由鍛造、爆炸成(cheng)形等。
粉末注射成形（metal injection moulding，MIM）工(gong)藝(yi)是把金屬粉與有(you)機黏結(jie)劑(ji)混(hun)合(he)，把混(hun)合(he)物噴入模中(zhong)，再在110℃酸性含氮(dan)氣氛中(zhong)進(jin)行(xing)電解分離去(qu)除(chu)黏結(jie)劑(ji)。去(qu)除(chu)黏結(jie)劑(ji)后(hou)，粉粒很(hen)弱地結(jie)合(he)在一起，在合(he)金中(zhong)保留開放的空(kong)隙通道。在燒結(jie)氮(dan)化處(chu)(chu)理期間，燒結(jie)進(jin)行(xing)得慢而骨(gu)架氮(dan)化很(hen)快(kuai)，其工(gong)藝(yi)如圖9.96所示。最后(hou)將產品進(jin)行(xing)固溶(rong)處(chu)(chu)理。該工(gong)藝(yi)適于處(chu)(chu)理小型零(ling)件。
