氮 氮作為合金元素早期用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中，以節約鎳。除節鎳效果外，氮通過固溶強化可顯著提高奧氏體不(bu)銹鋼的強度，而不顯著損害其塑性和韌性，同時氮還可以提高鋼的耐均(jun)勻腐蝕、耐點蝕(shi)、耐縫(feng)隙腐蝕(shi)和耐晶(jing)間腐蝕的性能。

 由于(yu)氮的(de)良好(hao)作(zuo)用(yong)，用(yong)氮合金化的(de)奧氏體不銹鋼不斷取得進展并獲得應(ying)用(yong)。目前(qian)應(ying)用(yong)的(de)含氮奧氏體不銹鋼可以分為三種類型：

1. 控氮型

   此類鋼(gang)(gang)是在超低(di)碳（0.02％～0.03％）鉻(ge)鎳奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)中加入0.05％～0.12％N，用以(yi)提高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)強度，使其達到(dao)含(han)穩定化元素鈦或普通低(di)碳（≤0.08％）奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)水平。

2. 中氮型

   此類鋼(gang)(gang)含有0.12％～0.40％N，是在正(zheng)常大氣(qi)壓力條件下(xia)冶(ye)煉和澆鑄所(suo)得到的(de)氮合金化奧氏體不銹鋼(gang)(gang)。此類鋼(gang)(gang)以耐(nai)腐(fu)蝕為(wei)主要目的(de)，同時具有較高的(de)強度。

3. 高(gao)氮型

   此類(lei)(lei)鋼氮含量在(zai)(zai)0.40％以(yi)上。此類(lei)(lei)鋼在(zai)(zai)加(jia)壓條件(jian)下(xia)冶(ye)煉和澆鑄，或者調整鋼中的鉻、錳含量在(zai)(zai)常規(gui)條件(jian)下(xia)冶(ye)煉和澆鑄，將(jiang)氮加(jia)入到(dao)足夠高(gao)的水平。此類(lei)(lei)鋼主要在(zai)(zai)固溶態或半冷加(jia)工狀(zhuang)態下(xia)使用，既具有高(gao)強度，又耐腐蝕。

  氮形成奧氏體的能力與碳相當，約為鎳的30倍。氮在奧氏體不銹鋼中可代替部分鎳，可降低鋼中的鐵素體含量，并使奧氏體更穩定，甚至可避免出現馬氏體轉變。在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，氮含量的增加可形成氮化物Cr₂N（圖9.54）。

 氮顯著提高奧氏體鋼的強度（圖4.19），每加入0.010％N，可提高鉻鎳奧氏體不銹鋼的室溫強度（σ_0.2、σ_b）60～100MPa，其塑性仍保持足夠高的水平。圖9.67顯示氮含量對022Cr19Ni10鋼室溫力學性能的影響。在高氮奧氏體鋼中，氮亦可以提高其強度，氮含量為1.2％的低碳Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼的屈服強度可達800～900MPa。曾對低碳的18Cr-18Mn-N奧氏體不銹鋼的力學性能進行過研究，經固溶處理后可獲得單一的奧氏體組織，圖9.68為氮含量對其室溫屈服強度和斷裂韌度的影響。研究結果表明，在氮固溶于奧氏體的情況下，其含量高至0.74％時，斷裂韌度不降低，而其屈服強度顯著提高。通過冷加工變形，可以進一步提高其屈服強度。在固溶氮含量為0.58％時，經過40％的冷變形，鋼的屈服強度可達1400～1500MPa，其斷裂韌度將由很高的500MPa·m^1/2降至依然不錯的200MPa·m^1/2。

 在氮含量小于0.67％時(shi)(shi)，鉻鎳奧氏體不銹鋼仍有低的韌(ren)(ren)脆轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度，在-200℃的低溫(wen)(wen)下仍有足夠高的沖擊性能，但(dan)當氮含量達到(dao)0.84％時(shi)(shi)，其(qi)韌(ren)(ren)脆轉(zhuan)變溫(wen)(wen)度較高，-200℃的沖擊韌(ren)(ren)性已顯得過低。

  在一些酸性介質中，氮提高奧氏體不銹鋼耐一般腐蝕性能。適量的氮還提高奧氏體不銹鋼敏化態的耐晶間腐蝕性能，這是由于氮作為活性元素優先沿晶界聚集，氮降低碳原子和鉻原子的擴散能力，從而抑制M₂₃C₆型碳化物的析出和延緩σ相、x相的形成。圖9.69為氮對17Cr-13Ni-4,5Mo鋼中M₂₃C₆型碳化物析出行為的影響。適量的氮還可以顯著改善敏化狀態的耐晶間應(ying)力腐蝕(shi)開裂。

 氮還提高鉻鎳(nie)鉬奧(ao)氏(shi)體不銹鋼耐稀硝酸腐蝕(shi)的性能。

 在氯化物(wu)環境中(zhong)，氮(dan)顯(xian)著提高奧氏(shi)體不(bu)銹鋼耐(nai)點(dian)蝕和縫(feng)隙(xi)腐蝕的(de)性能。研(yan)究(jiu)表(biao)明，氮(dan)僅(jin)是強(qiang)化鉻、鉬元(yuan)素在奧氏(shi)體中(zhong)的(de)耐(nai)蝕作(zuo)用，鉻、鉬的(de)存(cun)在是氮(dan)改善奧氏(shi)體不(bu)銹鋼耐(nai)蝕作(zuo)用的(de)前提。氮(dan)耐(nai)點(dian)蝕和耐(nai)縫(feng)隙(xi)腐蝕的(de)能力約相當(dang)于鉻的(de)30倍(bei)。

 氮提高不銹鋼耐點蝕和耐縫隙腐蝕的機理尚有不同的觀點：氮在表面膜中富集，同時使表面膜中富鉻，從而提高鋼的鈍化能力和鈍態穩定性；氮與閉塞區的溶液反應形成NH^-₄，消耗H^-，使初始蝕坑內pH升高，氮亦可產生NO^-₃，均有利于鋼的鈍化。

 鉻(ge)鎳奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的氮(dan)含量(liang)在0.12％～0.15％時，鋼(gang)的熱、冷(leng)加工(gong)性(xing)(xing)及冷(leng)成(cheng)形(xing)性(xing)(xing)等將(jiang)有所(suo)下(xia)降。熱加工(gong)性(xing)(xing)能的降低(di)(di)是(shi)由于鋼(gang)中(zhong)氮(dan)化(hua)物(wu)和(he)碳氮(dan)化(hua)物(wu)的析出影響了鋼(gang)的熱塑性(xing)(xing)，而氮(dan)的固(gu)(gu)溶強化(hua)又減緩鋼(gang)的回復過程。冷(leng)加工(gong)性(xing)(xing)和(he)冷(leng)成(cheng)形(xing)性(xing)(xing)的降低(di)(di)主要(yao)是(shi)氮(dan)固(gu)(gu)溶強化(hua)所(suo)致。