近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不(bu)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。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(bei)高氮鋼(gang)的主要技術(shu)問(wen)題是如何使熔體(ti)中得到高質量分數的氮，以及如何防止其在(zai)凝(ning)固過程中的逸出問(wen)題。
目前，制備高氮鋼大體分為氮氣(qi)加(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)煉法、粉末冶金法和表面滲氮法。氮氣(qi)加(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)煉法經過多年發展，現已成功開發出的高氮鋼加(jia)壓(ya)(ya)技術，主要有加(jia)壓(ya)(ya)感應熔(rong)煉法（PIM）、加(jia)壓(ya)(ya)電渣重(zhong)熔(rong)法（PESR）、加(jia)壓(ya)(ya)等(deng)離子熔(rong)煉法（PARP）、加(jia)壓(ya)(ya)電弧渣重(zhong)熔(rong)（ASRP）等(deng)。
加壓感應熔(rong)煉法是把(ba)真空感應爐變成(cheng)高壓感應熔(rong)煉設(she)備(bei)，一般熔(rong)化時(shi)壓力(li)達到大約1MPa，這對于分批(pi)生(sheng)產100kg金屬(shu)是合(he)適的。
加壓電(dian)渣重熔法是目前商業生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)高(gao)(gao)氮(dan)鋼的有效方法。1980年(nian)德(de)國Krupp公(gong)司(si)建(jian)成(cheng)世(shi)界第一臺16t高(gao)(gao)壓電(dian)渣爐。1988年(nian)德(de)國VSG公(gong)司(si)又建(jian)成(cheng)20t高(gao)(gao)壓電(dian)渣爐，如圖9.94所(suo)示，熔煉室運行壓力可達4.2MPa，生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)鑄錠(ding)的直徑為430~1000mm。爐子有密封滑動(dong)導(dao)電(dian)系(xi)統，固定(ding)圓柱銅模位于(yu)下部，氮(dan)以氮(dan)化(hua)物粒子形式與脫氧(yang)劑連續加入。該(gai)爐已(yi)成(cheng)功(gong)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)了(le)用做(zuo)發電(dian)機轉子護環的P900N鋼。
烏克蘭、俄羅斯、德(de)國(guo)等(deng)國(guo)家的(de)一些(xie)研(yan)究所及公(gong)司開發(fa)了(le)(le)工業化(hua)的(de)加壓等(deng)離(li)子(zi)(zi)電弧(hu)重熔技術。在等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧(hu)中，氮(dan)被分離(li)成(cheng)原子(zi)(zi)供給液態金屬，提(ti)高(gao)了(le)(le)金屬的(de)吸氮(dan)率。研(yan)究表明，在含(han)氮(dan)氣(qi)氛中進行等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧(hu)重熔是冶煉高(gao)氮(dan)鋼(gang)時(shi)用氮(dan)合金化(hua)的(de)一種有效的(de)方法(fa)，已穩定地生產出錠(ding)重達3.4噸的(de)高(gao)氮(dan)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)錠(ding)。
國(guo)內外采用粉末冶(ye)金(jin)法生產高(gao)氮不(bu)銹鋼的主(zhu)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(ju)不(bu)同合金元素(su)(su)對氮(dan)在(zai)鋼(gang)(gang)液中(zhong)溶(rong)解(jie)(jie)度的(de)(de)研究(jiu)表明(ming)，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等(deng)元素(su)(su)（按由強到弱順序(xu)）可以用(yong)來增加(jia)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)氮(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度。Ti、Zr、V、Nb等(deng)元素(su)(su)有很強的(de)(de)形成氮(dan)化物的(de)(de)趨勢(shi)，Cr也能(neng)顯(xian)著(zhu)提高氮(dan)在(zai)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度，其(qi)形成氮(dan)化物的(de)(de)趨勢(shi)較(jiao)(jiao)小(xiao)。Mn在(zai)許(xu)多(duo)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)用(yong)來增加(jia)氮(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度，且價(jia)格較(jiao)(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等(deng)元素(su)(su)則降低氮(dan)在(zai)鋼(gang)(gang)液中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)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(dan)有多(duo)種(zhong)方法，如機械(xie)合金化、燒結滲氮(dan)等。
高氮不銹鋼粉末的(de)成(cheng)形(xing)技(ji)術除了上述熱等靜壓技(ji)術外，還可以采(cai)用粉末注射成(cheng)形(xing)、燒結-自由鍛(duan)造(zao)、爆炸成(cheng)形(xing)等。
粉末注射(she)成形(xing)（metal injection moulding，MIM）工(gong)(gong)藝是把金屬粉與有機黏結(jie)劑混(hun)合，把混(hun)合物噴入模中，再(zai)在(zai)110℃酸(suan)性含(han)氮(dan)氣氛中進(jin)行(xing)電解分離去除黏結(jie)劑。去除黏結(jie)劑后(hou)，粉粒很弱地結(jie)合在(zai)一起，在(zai)合金中保(bao)留開(kai)放的空隙通道。在(zai)燒結(jie)氮(dan)化處(chu)理(li)期間，燒結(jie)進(jin)行(xing)得(de)慢而骨(gu)架氮(dan)化很快，其工(gong)(gong)藝如圖9.96所示。最(zui)后(hou)將(jiang)產品進(jin)行(xing)固(gu)溶處(chu)理(li)。該工(gong)(gong)藝適于處(chu)理(li)小型零件。
