表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的化學成分及其力學性能。
在固溶處理或退火狀態下，高氮奧氏體不銹鋼的屈服強度和抗拉強度超出傳統鋼200％～300％。氮增加強度的原因有固溶強化、對層錯能的影響、沉淀析出強化、有序強化等。
高氮鋼晶體(ti)結(jie)(jie)構一(yi)個(ge)主要特點(dian)是(shi)自由(you)電子濃度的(de)增加，提(ti)高了原(yuan)子間(jian)金屬鍵(jian)鍵(jian)合，使電子在晶體(ti)結(jie)(jie)構中的(de)分布更均勻。因(yin)(yin)此，位錯滑移(yi)時并不減弱或者破(po)壞原(yuan)子間(jian)結(jie)(jie)合，使材料具有(you)高的(de)強(qiang)度和高的(de)斷裂(lie)韌(ren)性(xing)，但(dan)氮含量高于(yu)(yu)0.5％時，因(yin)(yin)原(yuan)子間(jian)金屬鍵(jian)鍵(jian)合下降而不利于(yu)(yu)韌(ren)性(xing)。
在奧氏體鋼中，氮(dan)原子(zi)(zi)與(yu)位錯(cuo)(cuo)(cuo)的結合能(neng)高(gao)于碳原子(zi)(zi)與(yu)位錯(cuo)(cuo)(cuo)的結合能(neng)，而且這種(zhong)結合能(neng)隨氮(dan)含量(liang)的增加而增加，因此氮(dan)原子(zi)(zi)比碳原子(zi)(zi)更(geng)能(neng)有效(xiao)地阻塞位錯(cuo)(cuo)(cuo)。
實驗證明，氮與碳不(bu)同，其在晶(jing)界的(de)偏(pian)析傾向不(bu)明顯(xian)，氮和晶(jing)界的(de)親和力(li)很弱。這可以解(jie)釋高氮鋼為何具有(you)良(liang)好的(de)耐晶(jing)間腐蝕性(xing)能和高溫力(li)學性(xing)能。
在(zai)鐵基固溶體中，氮原子(zi)與鄰近置(zhi)換型合(he)金元(yuan)素(su)傾(qing)向于金屬(shu)鍵結合(he)，有(you)助于短程有(you)序(xu)，這(zhe)有(you)利于合(he)金元(yuan)素(su)更均(jun)勻地分布，增加了奧氏(shi)體的穩定性，抑制了沉淀析(xi)出(chu)和發生腐蝕(shi)。
大多數試驗結果認(ren)為，奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼中添(tian)加氮會降低層錯(cuo)能。在(zai)含氮奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼的形變過(guo)程中，氮促進平(ping)面滑移(yi)，這是由于(yu)層錯(cuo)能低，能阻止位錯(cuo)攀移(yi)出(chu)滑移(yi)面。
添加氮之后，會對奧氏體不銹鋼的沉淀析出行為產生很大的影響。通常，氮使M23C6型碳化物析出的時間變得更長，因為氮在這類碳化物中通常是不可溶的，從而推遲碳化物的形核，降低其形成速率。氮也降低碳原子和鉻原子的擴散能力，推遲碳化物的過時效，但鋼中的氮含量太高會導致氮化物Cr2N的沉淀析出。
含(han)(han)碳(tan)的奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在溫(wen)(wen)度(du)(du)降(jiang)至-269℃時，其屈(qu)服(fu)強度(du)(du)升高(gao)不(bu)多(duo)，而高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強度(du)(du)則(ze)(ze)隨溫(wen)(wen)度(du)(du)的降(jiang)低而顯(xian)著提高(gao)。如果在23℃時含(han)(han)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強度(du)(du)較含(han)(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)出(chu)23％，則(ze)(ze)在-269℃時含(han)(han)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強度(du)(du)則(ze)(ze)較含(han)(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)出(chu)300％。因此，高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)可用于制作超導磁體(ti)(ti)的外殼(ke)，但應注意(yi)，高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在低溫(wen)(wen)時會出(chu)現韌(ren)脆轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度(du)(du)，如果高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入適量的Mo和Ni則(ze)(ze)可以(yi)改善低溫(wen)(wen)時鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的韌(ren)性，同時降(jiang)低鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)強度(du)(du)。
冷(leng)變形是提(ti)高(gao)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)強(qiang)度的(de)有效手段，其效果(guo)遠高(gao)于固(gu)溶強(qiang)化(hua)。冷(leng)變形對(dui)于高(gao)氮(dan)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)強(qiang)化(hua)效果(guo)尤為(wei)顯著(zhu)。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮(dan)1.07％和冷(leng)變形量為(wei)50％時， 可使鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)服強(qiang)度超過2000MPa。氮(dan)還增加鋼(gang)(gang)的(de)形變強(qiang)化(hua)率，但對(dui)鋼(gang)(gang)的(de)形變強(qiang)化(hua)指數(shu)n的(de)影(ying)響較小。
在(zai)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)加入氮可以(yi)顯著地提(ti)高(gao)奧氏(shi)(shi)體的穩定性，有效地抑(yi)制(zhi)在(zai)變形(xing)(xing)過程中(zhong)(zhong)a'和ε（hcp）馬氏(shi)(shi)體的形(xing)(xing)成，甚至(zhi)在(zai)低溫時(shi)也不(bu)會(hui)出現a'馬氏(shi)(shi)體。
在高氮奧氏體不銹鋼中的固溶氮含量可以高達約1％，當加熱溫度達到600～1050℃時，鋼變得不穩定而析出氮化物。如果鋼中不含強氮化物形成元素Ti、Nb、V時，主要析出的是Cr2N，有時還析出其他金屬間化合物。圖9.97為一種高氮奧氏體不銹鋼的TTP曲線。
當全部氮(dan)(dan)原子間(jian)隙固溶于奧氏體中時，鋼(gang)顯示出(chu)良好的強(qiang)度(du)和(he)韌性(xing)(xing)，但(dan)當有氮(dan)(dan)化物(wu)析出(chu)時，將導致(zhi)鋼(gang)的脆性(xing)(xing)出(chu)現，特別是在(zai)晶界和(he)亞晶界析出(chu)的氮(dan)(dan)化物(wu)對鋼(gang)的沖擊(ji)韌性(xing)(xing)和(he)動態應變(bian)的塑性(xing)(xing)十分有害，但(dan)對鋼(gang)的屈服強(qiang)度(du)和(he)抗(kang)拉強(qiang)度(du)的影響較小。
關于氮元素對不銹(xiu)鋼(gang)耐蝕性能的影響在9.5.2、9.6.2.3等節中已有論述，但高氮奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中氮對耐蝕性能的影響報道較(jiao)少。
