近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹(xiu)鋼(gang)加氮問題，已進行了大量研究。氮對不銹鋼基體組織的影響和作用，主要是在對其組織、力學性能和耐蝕性方面，其有益作用在本章前面部分已有闡述。目前控氮型和中氮型不銹鋼在常壓冶煉技術條件下就可以完成，成本優勢顯著。主要方法是：
①. 在熔煉過程中將FeCrN、CrN、MnN或Si3N4等中間合金加入到熔池中，以調整合金成分；
②. 向AOD熔池底吹氮。
20世紀80年代以來，隨著冶金技術的進步及人們深入研究了Cr、Mn等主要元素對氮溶解度的影響規律之后，才逐漸開發出各種高氮奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼。近年來，超導技術的發展對低溫無磁材料需求的升溫，以及作為化工和能源開發材料用高強度不銹鋼需求量的不斷增長，進一步促進了高氮高強度不銹鋼的研制和發展。雖然人們對高氮鋼（包含高氮不銹鋼，以下同）已有大量研究，但“高氮鋼”的定義尚無統一認識。許多學者認為，奧氏體基體的氮含量大于0.4％或鐵素體基體中的氮含量大于0.08％的鋼是高氮鋼。
制備(bei)高氮(dan)鋼的主(zhu)要技術問題(ti)是(shi)如何(he)使熔體中得到高質(zhi)量分(fen)數的氮(dan)，以及如何(he)防止其在凝固(gu)過(guo)程中的逸出(chu)問題(ti)。
目前，制備高(gao)氮(dan)鋼大體分為(wei)氮(dan)氣(qi)加(jia)壓(ya)熔煉(lian)(lian)法、粉末冶(ye)金法和表(biao)面滲(shen)氮(dan)法。氮(dan)氣(qi)加(jia)壓(ya)熔煉(lian)(lian)法經過(guo)多年發展，現已成功開發出的高(gao)氮(dan)鋼加(jia)壓(ya)技(ji)術(shu)，主要有(you)加(jia)壓(ya)感應熔煉(lian)(lian)法（PIM）、加(jia)壓(ya)電渣重(zhong)熔法（PESR）、加(jia)壓(ya)等離(li)子熔煉(lian)(lian)法（PARP）、加(jia)壓(ya)電弧渣重(zhong)熔（ASRP）等。
加壓(ya)感應(ying)熔(rong)煉法是(shi)把真空感應(ying)爐變成高壓(ya)感應(ying)熔(rong)煉設備，一般熔(rong)化時壓(ya)力達(da)到大約(yue)1MPa，這對于(yu)分批生產100kg金屬是(shi)合適的。
加壓(ya)電(dian)渣重熔法是目前(qian)商(shang)業生產(chan)高氮(dan)鋼的有(you)效方法。1980年德國(guo)Krupp公(gong)司建成(cheng)世(shi)界第一臺16t高壓(ya)電(dian)渣爐。1988年德國(guo)VSG公(gong)司又(you)建成(cheng)20t高壓(ya)電(dian)渣爐，如圖9.94所示，熔煉室運行壓(ya)力可達4.2MPa，生產(chan)鑄錠的直徑為430~1000mm。爐子有(you)密封滑動(dong)導電(dian)系統，固定圓(yuan)柱銅模位于下部，氮(dan)以氮(dan)化物(wu)粒子形式與脫(tuo)氧劑連續加入。該爐已(yi)成(cheng)功生產(chan)了用做發(fa)電(dian)機轉(zhuan)子護環的P900N鋼。
烏(wu)克(ke)蘭、俄羅斯、德國等(deng)國家的(de)(de)一些研究所及(ji)公司開發(fa)了工業化的(de)(de)加壓等(deng)離(li)子電(dian)弧重(zhong)熔技術。在等(deng)離(li)子弧中，氮(dan)被分離(li)成原子供給液態金(jin)屬，提高了金(jin)屬的(de)(de)吸氮(dan)率。研究表(biao)明，在含氮(dan)氣(qi)氛中進(jin)行等(deng)離(li)子弧重(zhong)熔是(shi)冶煉(lian)高氮(dan)鋼時用氮(dan)合(he)金(jin)化的(de)(de)一種有效的(de)(de)方法(fa)，已穩定地(di)生(sheng)產出錠重(zhong)達3.4噸的(de)(de)高氮(dan)奧氏體不銹(xiu)鋼錠。
國(guo)內外采(cai)用粉末冶金法生產高氮不(bu)銹鋼的主要方(fang)式(shi)：
①. 先制取高氮不銹鋼粉末，然后采用模壓燒結、粉末軋制、熱等靜壓等粉末冶金成形方式制備高氮不銹鋼制品；
②. 將一般不銹鋼粉通過模壓成形、注射成形等方式加工成生坯后，在燒結過程中進行滲氮處理。
在0.101MPa（1atm）下，氮在α-Fe、δ-Fe、γ-Fe及液態鐵中的溶解度如圖9.95所示。氮在α-Fe、δ-Fe中的溶解度遠低于在γ-Fe中的溶解度。在1873K時，氮在液態鐵中的溶解度只有0.045％。根據Sievert規律，鋼液中的氮含量與氮氣壓力的平方根成正比，鋼液中氮的溶解度隨氮氣壓力的增加而增加。因此，商業用高氮不銹鋼粉末首先在氮氣氣氛中進行高壓熔煉，以提高鋼液中的氮含量。在純鐵、Fe-Cr合金、Fe-Mn-Cr合金凝固期間會形成δ-Fe，在其形成范圍內，氮的溶解度降低到低于液態的平衡溶解度，成為鋼錠產生縮孔的原因。增加壓力，有可能避免Fe-Mn-Cr合金中形成δ-Fe相區，可以保證鋼中的氮含量且不會出現縮孔。在一般Cr-Ni不銹鋼中沒有8-Fe相區，采用氮合金化沒有縮孔問題，凝固期間也不需要壓力。
根據不同(tong)合金元素(su)對(dui)氮(dan)(dan)在(zai)(zai)鋼液中溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)的(de)研(yan)究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元素(su)（按由強(qiang)到弱順序）可(ke)以用(yong)(yong)來(lai)增(zeng)加不銹鋼中氮(dan)(dan)的(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元素(su)有(you)很強(qiang)的(de)形(xing)成(cheng)氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)的(de)趨(qu)勢，Cr也能顯(xian)著提高氮(dan)(dan)在(zai)(zai)不銹鋼中的(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)，其(qi)形(xing)成(cheng)氮(dan)(dan)化(hua)物(wu)的(de)趨(qu)勢較小。Mn在(zai)(zai)許多不銹鋼中用(yong)(yong)來(lai)增(zeng)加氮(dan)(dan)的(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)，且價(jia)格(ge)較低(di)。Cu、Ni、Si、B等元素(su)則降低(di)氮(dan)(dan)在(zai)(zai)鋼液中的(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)。
用高壓氮氣作為霧化氣將熔體破碎成粉末，通過快速凝固使熔融金屬液中的氮不致析出，最終獲得高氮鋼粉，采用此技術可制備氮含量達1.0％的不銹鋼粉末。利用熱等靜壓（HIP）技術可將高氮奧氏體鋼粉末制成高氮奧氏體耐蝕不銹鋼制品，可以達到99％～100％的相對密度，具有良好的力學性能和耐蝕性能。用此方法已生產出北海油田海下及海面平臺上的部件，如法蘭盤、接頭、閥體等，有的閥體重達2t。目前，HIP技術在粉末冶金高氮不銹鋼中的應用是非常廣泛和有效的。由于鐵素體不銹鋼中的氮溶解度低，用HIP方法生產高氮鐵素體不銹鋼需要更高的壓力。
固態滲氮(dan)有多種方法，如機械合金化、燒結滲氮(dan)等。
高氮不銹鋼粉(fen)末的成(cheng)形技術除了上述熱等(deng)靜壓(ya)技術外，還可以采用粉(fen)末注(zhu)射成(cheng)形、燒結(jie)-自由鍛(duan)造、爆炸成(cheng)形等(deng)。
粉末注射成形(xing)（metal injection moulding，MIM）工藝(yi)(yi)是把(ba)金(jin)屬粉與(yu)有機黏(nian)(nian)結劑混合(he)，把(ba)混合(he)物噴入模中，再在110℃酸性含(han)氮氣氛中進(jin)(jin)行電(dian)解分離去(qu)除黏(nian)(nian)結劑。去(qu)除黏(nian)(nian)結劑后，粉粒很(hen)弱地結合(he)在一起，在合(he)金(jin)中保留開放的空隙通(tong)道。在燒結氮化(hua)處(chu)理(li)期間，燒結進(jin)(jin)行得(de)慢而骨架(jia)氮化(hua)很(hen)快，其工藝(yi)(yi)如(ru)圖9.96所(suo)示。最后將(jiang)產品進(jin)(jin)行固溶處(chu)理(li)。該(gai)工藝(yi)(yi)適于(yu)處(chu)理(li)小(xiao)型(xing)零(ling)件。
