表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼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(gao)氮(dan)鋼晶體結構(gou)一個主要特點是自由電(dian)子濃度的增(zeng)加(jia)，提高(gao)了原(yuan)(yuan)子間(jian)金屬鍵(jian)(jian)(jian)鍵(jian)(jian)(jian)合(he)(he)，使(shi)電(dian)子在晶體結構(gou)中(zhong)的分布更均勻。因此，位(wei)錯滑移時并不減弱(ruo)或者破(po)壞原(yuan)(yuan)子間(jian)結合(he)(he)，使(shi)材(cai)料具(ju)有高(gao)的強度和高(gao)的斷裂韌(ren)(ren)性(xing)(xing)，但氮(dan)含量高(gao)于(yu)0.5％時，因原(yuan)(yuan)子間(jian)金屬鍵(jian)(jian)(jian)鍵(jian)(jian)(jian)合(he)(he)下降而不利于(yu)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)。
在奧氏體鋼中，氮原(yuan)(yuan)子(zi)與位(wei)錯(cuo)的結(jie)合能(neng)高(gao)于碳原(yuan)(yuan)子(zi)與位(wei)錯(cuo)的結(jie)合能(neng)，而(er)且這種結(jie)合能(neng)隨氮含(han)量(liang)的增加(jia)而(er)增加(jia)，因此氮原(yuan)(yuan)子(zi)比碳原(yuan)(yuan)子(zi)更(geng)能(neng)有效地阻塞位(wei)錯(cuo)。
實驗證明(ming)(ming)，氮(dan)與碳不同，其在晶界(jie)的(de)偏析傾向不明(ming)(ming)顯，氮(dan)和(he)晶界(jie)的(de)親和(he)力很弱(ruo)。這可以(yi)解釋高(gao)氮(dan)鋼為何具有良好的(de)耐晶間腐蝕性能(neng)和(he)高(gao)溫力學性能(neng)。
在鐵基固溶(rong)體(ti)中(zhong)，氮(dan)原子與鄰近(jin)置換型合金(jin)元(yuan)素傾向于金(jin)屬鍵結合，有助于短程有序，這有利于合金(jin)元(yuan)素更均勻地(di)分布，增加了(le)奧氏體(ti)的(de)穩(wen)定性，抑制了(le)沉淀析(xi)出和發生(sheng)腐(fu)蝕。
大多數試驗結果(guo)認為，奧氏(shi)體鋼中添加氮(dan)會降低層錯能(neng)。在含氮(dan)奧氏(shi)體不銹鋼的形變(bian)過程(cheng)中，氮(dan)促進(jin)平(ping)面(mian)滑移(yi)，這是由于層錯能(neng)低，能(neng)阻止位錯攀移(yi)出滑移(yi)面(mian)。
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。
含碳的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在溫(wen)度(du)(du)(du)降至-269℃時，其屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)不(bu)多，而高(gao)(gao)(gao)氮鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)則(ze)隨溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)降低而顯(xian)著提高(gao)(gao)(gao)。如果在23℃時含氮鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)較含碳鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)(gao)出23％，則(ze)在-269℃時含氮鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)則(ze)較含碳鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)(gao)出300％。因此，高(gao)(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)可(ke)用于制作超導(dao)磁體(ti)的(de)(de)(de)外殼，但應注意，高(gao)(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在低溫(wen)時會(hui)出現(xian)韌(ren)脆轉變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)，如果高(gao)(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中加(jia)入適量的(de)(de)(de)Mo和Ni則(ze)可(ke)以改善低溫(wen)時鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)韌(ren)性，同時降低鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)。
冷(leng)變形(xing)(xing)(xing)是(shi)提高(gao)(gao)奧(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)強度的有(you)效手(shou)段，其效果遠高(gao)(gao)于固溶(rong)強化。冷(leng)變形(xing)(xing)(xing)對(dui)于高(gao)(gao)氮奧(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)的強化效果尤為顯著。例(li)如，在(zai)Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在(zai)含氮1.07％和(he)冷(leng)變形(xing)(xing)(xing)量為50％時， 可(ke)使鋼(gang)(gang)的屈(qu)服強度超過2000MPa。氮還增(zeng)加鋼(gang)(gang)的形(xing)(xing)(xing)變強化率，但對(dui)鋼(gang)(gang)的形(xing)(xing)(xing)變強化指數n的影響(xiang)較小。
在奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)加入氮可以顯著地(di)提(ti)高奧(ao)氏體的穩定性，有效地(di)抑制在變形過(guo)程(cheng)中(zhong)a'和ε（hcp）馬氏體的形成，甚(shen)至在低(di)溫(wen)時(shi)也不會(hui)出(chu)現a'馬氏體。
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)原子(zi)間隙固溶于奧氏體中(zhong)時(shi)，鋼(gang)顯示(shi)出良好(hao)的(de)強度(du)和韌(ren)性，但(dan)當有氮(dan)化物(wu)析出時(shi)，將導致鋼(gang)的(de)脆性出現，特別是在晶(jing)界和亞晶(jing)界析出的(de)氮(dan)化物(wu)對(dui)鋼(gang)的(de)沖(chong)擊韌(ren)性和動態應變的(de)塑性十分有害(hai)，但(dan)對(dui)鋼(gang)的(de)屈服強度(du)和抗(kang)拉強度(du)的(de)影響較小。
關于氮(dan)元素(su)對不(bu)銹鋼(gang)(gang)耐(nai)(nai)蝕性能的(de)影響(xiang)在9.5.2、9.6.2.3等節中(zhong)已(yi)有論述，但高氮(dan)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)氮(dan)對耐(nai)(nai)蝕性能的(de)影響(xiang)報道較少。
