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銹鋼(gang)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勻腐(fu)蝕、耐點蝕、耐縫(feng)隙腐蝕(shi)和耐晶(jing)間腐蝕的性能。

 由于氮(dan)的良好作用，用氮(dan)合金化的奧氏體不銹(xiu)鋼不斷取得(de)進展并(bing)獲(huo)得(de)應用。目前應用的含氮(dan)奧氏體不銹(xiu)鋼可以分為三(san)種(zhong)類型：

1. 控氮型

   此(ci)類鋼(gang)是在(zai)超低(di)碳（0.02％～0.03％）鉻鎳奧(ao)氏體不銹鋼(gang)中加入0.05％～0.12％N，用以(yi)提高(gao)鋼(gang)的強度，使其達到含穩定化元素鈦或普通低(di)碳（≤0.08％）奧(ao)氏體不銹鋼(gang)的水(shui)平。

2. 中(zhong)氮型

   此(ci)類鋼(gang)含有(you)0.12％～0.40％N，是在正常(chang)大氣壓力條件下(xia)冶煉(lian)和(he)澆鑄所得到的氮合金化奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)。此(ci)類鋼(gang)以耐(nai)腐蝕為主要(yao)目的，同(tong)時(shi)具有(you)較高(gao)的強(qiang)度(du)。

3. 高氮型

   此(ci)類鋼氮含量在(zai)0.40％以上。此(ci)類鋼在(zai)加壓(ya)條件(jian)(jian)下冶煉和(he)澆(jiao)(jiao)鑄，或者(zhe)調整鋼中的鉻、錳含量在(zai)常規條件(jian)(jian)下冶煉和(he)澆(jiao)(jiao)鑄，將氮加入到(dao)足(zu)夠高的水(shui)平。此(ci)類鋼主要在(zai)固溶態或半冷加工狀態下使(shi)用，既具有高強度，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(zai)氮(dan)含量小于0.67％時(shi)，鉻鎳奧氏體不(bu)銹鋼(gang)仍有低(di)(di)的(de)韌脆轉變溫(wen)度，在(zai)-200℃的(de)低(di)(di)溫(wen)下仍有足(zu)夠高的(de)沖擊(ji)性(xing)能，但當氮(dan)含量達到0.84％時(shi)，其韌脆轉變溫(wen)度較高，-200℃的(de)沖擊(ji)韌性(xing)已顯(xian)得過低(di)(di)。

  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力腐蝕開裂。

 氮還提(ti)高鉻鎳鉬(mu)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)耐稀硝(xiao)酸腐蝕(shi)的性能。

 在(zai)(zai)氯化(hua)物環境中，氮顯著提(ti)高奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)耐點(dian)蝕和(he)縫隙(xi)腐蝕的性能(neng)。研究表(biao)明，氮僅是(shi)強化(hua)鉻、鉬(mu)元(yuan)素在(zai)(zai)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)中的耐蝕作用(yong)，鉻、鉬(mu)的存在(zai)(zai)是(shi)氮改善(shan)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)耐蝕作用(yong)的前提(ti)。氮耐點(dian)蝕和(he)耐縫隙(xi)腐蝕的能(neng)力約相(xiang)當于鉻的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)鎳奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)氮(dan)含量在0.12％～0.15％時，鋼(gang)的(de)(de)熱(re)、冷(leng)(leng)加(jia)工性及冷(leng)(leng)成(cheng)形(xing)性等將有所下降。熱(re)加(jia)工性能(neng)的(de)(de)降低是由于鋼(gang)中氮(dan)化(hua)物和碳氮(dan)化(hua)物的(de)(de)析(xi)出影響了鋼(gang)的(de)(de)熱(re)塑性，而氮(dan)的(de)(de)固溶(rong)強(qiang)化(hua)又減緩鋼(gang)的(de)(de)回復過程。冷(leng)(leng)加(jia)工性和冷(leng)(leng)成(cheng)形(xing)性的(de)(de)降低主要是氮(dan)固溶(rong)強(qiang)化(hua)所致。