表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體不銹(xiu)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(gao)氮鋼晶體結構(gou)(gou)一(yi)個主要特點(dian)是自(zi)由電(dian)子濃度的增加(jia)，提高(gao)了原(yuan)子間金(jin)屬(shu)鍵鍵合(he)，使(shi)電(dian)子在晶體結構(gou)(gou)中的分布更均勻。因此，位錯滑移時并不減弱(ruo)或者破壞(huai)原(yuan)子間結合(he)，使(shi)材料具(ju)有高(gao)的強度和(he)高(gao)的斷裂韌性，但氮含量高(gao)于(yu)0.5％時，因原(yuan)子間金(jin)屬(shu)鍵鍵合(he)下降而不利于(yu)韌性。
在奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)中，氮(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)與(yu)位錯的結合(he)(he)能高于碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)與(yu)位錯的結合(he)(he)能，而且這種結合(he)(he)能隨氮(dan)含(han)量的增加而增加，因(yin)此(ci)氮(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)比碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)更能有效地阻塞位錯。
實(shi)驗(yan)證明，氮與碳不同，其(qi)在晶界的(de)偏(pian)析傾向不明顯，氮和(he)(he)晶界的(de)親(qin)和(he)(he)力很弱。這可以解釋高氮鋼為何具有良好(hao)的(de)耐晶間腐蝕性能(neng)和(he)(he)高溫力學性能(neng)。
在鐵基固溶體(ti)中，氮(dan)原(yuan)子與鄰(lin)近置換型合金元素傾向于金屬鍵結合，有(you)助于短程有(you)序，這(zhe)有(you)利于合金元素更均勻地(di)分(fen)布，增加了(le)奧氏體(ti)的穩(wen)定性，抑制(zhi)了(le)沉淀(dian)析(xi)出和(he)發生腐蝕。
大多數試驗(yan)結果認(ren)為，奧氏體(ti)鋼(gang)(gang)中(zhong)添加氮(dan)(dan)(dan)會降低(di)層(ceng)錯(cuo)能。在(zai)含(han)氮(dan)(dan)(dan)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)的形變(bian)過程中(zhong)，氮(dan)(dan)(dan)促進平面(mian)滑移，這是由(you)于層(ceng)錯(cuo)能低(di)，能阻止位(wei)錯(cuo)攀(pan)移出滑移面(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(han)(han)(han)碳的(de)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在溫度(du)(du)(du)降(jiang)至-269℃時，其屈服(fu)(fu)強度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)(gao)(gao)不(bu)多，而(er)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈服(fu)(fu)強度(du)(du)(du)則(ze)隨溫度(du)(du)(du)的(de)降(jiang)低而(er)顯著提高(gao)(gao)(gao)(gao)。如(ru)果(guo)在23℃時含(han)(han)(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈服(fu)(fu)強度(du)(du)(du)較含(han)(han)(han)碳鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)出(chu)23％，則(ze)在-269℃時含(han)(han)(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈服(fu)(fu)強度(du)(du)(du)則(ze)較含(han)(han)(han)碳鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)出(chu)300％。因(yin)此(ci)，高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)可用(yong)于(yu)制作(zuo)超導(dao)磁(ci)體的(de)外(wai)殼(ke)，但應注意，高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在低溫時會出(chu)現韌(ren)脆轉(zhuan)變溫度(du)(du)(du)，如(ru)果(guo)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中加(jia)入適量的(de)Mo和Ni則(ze)可以改善低溫時鋼(gang)(gang)的(de)韌(ren)性(xing)，同時降(jiang)低鋼(gang)(gang)的(de)屈服(fu)(fu)強度(du)(du)(du)。
冷(leng)變(bian)形(xing)是提(ti)高(gao)(gao)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)有效手段，其(qi)效果遠高(gao)(gao)于固溶(rong)強(qiang)化。冷(leng)變(bian)形(xing)對于高(gao)(gao)氮(dan)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)強(qiang)化效果尤為(wei)顯著。例如，在(zai)Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在(zai)含氮(dan)1.07％和(he)冷(leng)變(bian)形(xing)量(liang)為(wei)50％時(shi)， 可使(shi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)超過2000MPa。氮(dan)還增(zeng)加鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)形(xing)變(bian)強(qiang)化率，但對鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)形(xing)變(bian)強(qiang)化指數n的(de)(de)(de)影響較小。
在奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)加入氮可以顯著地提高奧(ao)氏體的穩定性，有效地抑制(zhi)在變形(xing)(xing)過程中(zhong)a'和ε（hcp）馬氏體的形(xing)(xing)成(cheng)，甚(shen)至在低溫時也不會(hui)出現(xian)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。
當全部氮原子間隙(xi)固(gu)溶于奧氏體中時，鋼(gang)顯示出良好的(de)(de)(de)強度(du)和(he)(he)韌(ren)性(xing)，但當有(you)氮化物析出時，將導致鋼(gang)的(de)(de)(de)脆性(xing)出現(xian)，特別是在晶(jing)界和(he)(he)亞晶(jing)界析出的(de)(de)(de)氮化物對鋼(gang)的(de)(de)(de)沖擊韌(ren)性(xing)和(he)(he)動(dong)態應變的(de)(de)(de)塑性(xing)十分有(you)害，但對鋼(gang)的(de)(de)(de)屈服強度(du)和(he)(he)抗(kang)拉強度(du)的(de)(de)(de)影(ying)響較小。
關于氮元(yuan)素對(dui)不銹鋼耐(nai)蝕性能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)在9.5.2、9.6.2.3等節中(zhong)已有論述，但高氮奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)氮對(dui)耐(nai)蝕性能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)報道(dao)較少(shao)。
