近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼加氮問題，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(ti)不銹鋼。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。
制備高氮鋼的(de)主(zhu)要(yao)技術(shu)問(wen)題是如何(he)使熔(rong)體中得到高質量分數的(de)氮，以及(ji)如何(he)防(fang)止(zhi)其(qi)在凝固過程中的(de)逸出問(wen)題。
目(mu)前，制備高氮(dan)(dan)(dan)鋼大體分為氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)熔煉(lian)法、粉末(mo)冶金(jin)法和表(biao)面滲氮(dan)(dan)(dan)法。氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)熔煉(lian)法經過多年發展，現已成功開發出的高氮(dan)(dan)(dan)鋼加(jia)(jia)壓(ya)(ya)技術，主要有加(jia)(jia)壓(ya)(ya)感(gan)應熔煉(lian)法（PIM）、加(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣(zha)重(zhong)熔法（PESR）、加(jia)(jia)壓(ya)(ya)等離子熔煉(lian)法（PARP）、加(jia)(jia)壓(ya)(ya)電弧(hu)渣(zha)重(zhong)熔（ASRP）等。
加壓感(gan)應熔(rong)煉法是把真空(kong)感(gan)應爐變成高壓感(gan)應熔(rong)煉設備，一(yi)般(ban)熔(rong)化時壓力達到大約1MPa，這對(dui)于分批生產100kg金屬是合適的。
加(jia)壓電(dian)(dian)(dian)渣重熔法(fa)是目(mu)前商業生產(chan)高氮鋼的有(you)效方法(fa)。1980年德(de)國(guo)(guo)Krupp公司建(jian)成世界(jie)第一臺16t高壓電(dian)(dian)(dian)渣爐(lu)。1988年德(de)國(guo)(guo)VSG公司又建(jian)成20t高壓電(dian)(dian)(dian)渣爐(lu)，如圖9.94所示(shi)，熔煉室運行(xing)壓力可達(da)4.2MPa，生產(chan)鑄錠的直徑為(wei)430~1000mm。爐(lu)子(zi)有(you)密封滑(hua)動導電(dian)(dian)(dian)系統(tong)，固定圓柱(zhu)銅模位于下部，氮以氮化物粒子(zi)形式與脫氧劑連續加(jia)入。該爐(lu)已成功生產(chan)了(le)用做發電(dian)(dian)(dian)機轉子(zi)護環的P900N鋼。
烏克蘭(lan)、俄(e)羅斯、德國等(deng)國家的一些研究所及公(gong)司開發了工(gong)業化(hua)的加(jia)壓等(deng)離(li)子(zi)電(dian)弧重熔技術(shu)。在等(deng)離(li)子(zi)弧中，氮被(bei)分(fen)離(li)成原(yuan)子(zi)供給液態金(jin)屬，提(ti)高(gao)了金(jin)屬的吸氮率。研究表明，在含(han)氮氣氛中進行等(deng)離(li)子(zi)弧重熔是冶煉高(gao)氮鋼時用氮合金(jin)化(hua)的一種有效的方法，已(yi)穩定地生(sheng)產出(chu)錠(ding)重達3.4噸的高(gao)氮奧氏體不(bu)銹鋼錠(ding)。
國(guo)內外采用粉(fen)末冶金法生產高(gao)氮不銹鋼的(de)主要方式：
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(bu)同合金元(yuan)(yuan)素對氮(dan)在(zai)鋼液(ye)中溶解(jie)(jie)度(du)的(de)(de)研究表(biao)明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元(yuan)(yuan)素（按由強到弱(ruo)順(shun)序）可以用來增(zeng)加不(bu)銹鋼中氮(dan)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元(yuan)(yuan)素有很強的(de)(de)形成氮(dan)化物的(de)(de)趨(qu)勢(shi)，Cr也能顯著提高氮(dan)在(zai)不(bu)銹鋼中的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)，其形成氮(dan)化物的(de)(de)趨(qu)勢(shi)較(jiao)小。Mn在(zai)許多不(bu)銹鋼中用來增(zeng)加氮(dan)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)，且價格較(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等元(yuan)(yuan)素則降低氮(dan)在(zai)鋼液(ye)中的(de)(de)溶解(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(shen)氮有多種方法(fa)，如機(ji)械合金(jin)化、燒結滲(shen)氮等(deng)。
高氮不銹鋼粉(fen)末的成形技術除了上述熱等靜(jing)壓技術外，還可以采用粉(fen)末注射(she)成形、燒結(jie)-自由鍛造、爆(bao)炸成形等。
粉末注(zhu)射成形（metal injection moulding，MIM）工藝(yi)是(shi)把(ba)金屬粉與有機黏(nian)結(jie)(jie)(jie)劑混合(he)，把(ba)混合(he)物噴入模中，再在(zai)110℃酸性(xing)含氮氣氛中進(jin)行(xing)(xing)電解分離去除(chu)黏(nian)結(jie)(jie)(jie)劑。去除(chu)黏(nian)結(jie)(jie)(jie)劑后(hou)，粉粒很弱地結(jie)(jie)(jie)合(he)在(zai)一起，在(zai)合(he)金中保留開放的空隙通道(dao)。在(zai)燒結(jie)(jie)(jie)氮化處理(li)(li)期間，燒結(jie)(jie)(jie)進(jin)行(xing)(xing)得慢而骨架氮化很快，其工藝(yi)如(ru)圖9.96所示。最后(hou)將(jiang)產品進(jin)行(xing)(xing)固溶處理(li)(li)。該工藝(yi)適于處理(li)(li)小型(xing)零(ling)件。
