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(fu)蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕(shi)和耐晶(jing)間(jian)腐蝕的性能。

 由于氮(dan)的(de)良好(hao)作(zuo)用(yong)，用(yong)氮(dan)合金化的(de)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)不斷取得(de)(de)進(jin)展并獲(huo)得(de)(de)應用(yong)。目前應用(yong)的(de)含(han)氮(dan)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)可以分為三種類型：

1. 控(kong)氮型

   此(ci)類鋼(gang)是在超低碳（0.02％～0.03％）鉻鎳奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中加入(ru)0.05％～0.12％N，用(yong)以提(ti)高鋼(gang)的強(qiang)度，使其達(da)到(dao)含穩定化元素鈦或普通低碳（≤0.08％）奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的水平。

2. 中氮(dan)型(xing)

   此類鋼含有0.12％～0.40％N，是在正常(chang)大(da)氣壓力條件下冶煉和澆鑄(zhu)所得到(dao)的氮合金化奧氏體不銹鋼。此類鋼以(yi)耐腐蝕為主要(yao)目(mu)的，同時(shi)具有較高(gao)的強(qiang)度(du)。

3. 高(gao)氮型

   此(ci)類(lei)鋼(gang)(gang)氮含量在(zai)(zai)0.40％以上。此(ci)類(lei)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)加壓(ya)條件下冶(ye)煉(lian)和(he)澆鑄(zhu)(zhu)，或(huo)者調(diao)整鋼(gang)(gang)中的鉻、錳含量在(zai)(zai)常規條件下冶(ye)煉(lian)和(he)澆鑄(zhu)(zhu)，將氮加入(ru)到(dao)足夠高的水平(ping)。此(ci)類(lei)鋼(gang)(gang)主(zhu)要(yao)在(zai)(zai)固溶態或(huo)半冷加工狀(zhuang)態下使用，既(ji)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。

 在氮(dan)含量(liang)小于0.67％時，鉻鎳奧氏體不銹鋼仍有低的韌(ren)脆轉變溫度(du)，在-200℃的低溫下仍有足夠高(gao)的沖擊性能(neng)，但當(dang)氮(dan)含量(liang)達(da)到0.84％時，其韌(ren)脆轉變溫度(du)較高(gao)，-200℃的沖擊韌(ren)性已(yi)顯(xian)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力(li)腐蝕開裂。

 氮還提高鉻鎳鉬奧氏體不(bu)銹鋼(gang)耐稀(xi)硝酸腐(fu)蝕的(de)性(xing)能。

 在(zai)氯化物環境中(zhong)，氮(dan)顯著提高(gao)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)和縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的性能。研究表明，氮(dan)僅(jin)是強化鉻(ge)、鉬(mu)元素在(zai)奧氏(shi)體中(zhong)的耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)作用，鉻(ge)、鉬(mu)的存(cun)在(zai)是氮(dan)改善奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)作用的前(qian)提。氮(dan)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)和耐(nai)縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的能力約相當于鉻(ge)的30倍。

 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。

 鉻鎳奧氏體不銹鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)氮(dan)含(han)量在0.12％～0.15％時，鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱(re)(re)、冷加工性(xing)及冷成(cheng)形性(xing)等將(jiang)有所(suo)下降(jiang)(jiang)。熱(re)(re)加工性(xing)能的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低是(shi)由(you)于鋼(gang)(gang)中氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)和(he)碳氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)析(xi)出影(ying)響了鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱(re)(re)塑性(xing)，而氮(dan)的(de)(de)(de)固溶(rong)強化(hua)(hua)又減緩鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)回復過程。冷加工性(xing)和(he)冷成(cheng)形性(xing)的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低主要是(shi)氮(dan)固溶(rong)強化(hua)(hua)所(suo)致(zhi)。