近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不(bu)銹(xiu)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(ao)氏體不銹(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(gao)氮鋼的主要技(ji)術問題是如何使熔(rong)體中(zhong)得到高(gao)質量分數(shu)的氮，以及如何防(fang)止(zhi)其(qi)在凝固過程中(zhong)的逸出(chu)問題。
目前，制(zhi)備高氮(dan)(dan)鋼大體分為氮(dan)(dan)氣加(jia)(jia)壓(ya)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)、粉末冶金法(fa)(fa)和表(biao)面滲氮(dan)(dan)法(fa)(fa)。氮(dan)(dan)氣加(jia)(jia)壓(ya)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)經過多年發(fa)展，現已成功開(kai)發(fa)出的高氮(dan)(dan)鋼加(jia)(jia)壓(ya)技術(shu)，主要有加(jia)(jia)壓(ya)感應熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)（PIM）、加(jia)(jia)壓(ya)電渣重熔(rong)(rong)(rong)法(fa)(fa)（PESR）、加(jia)(jia)壓(ya)等(deng)離子熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法(fa)(fa)（PARP）、加(jia)(jia)壓(ya)電弧渣重熔(rong)(rong)(rong)（ASRP）等(deng)。
加(jia)壓感應熔煉法是(shi)把(ba)真空(kong)感應爐(lu)變成高壓感應熔煉設(she)備，一般熔化時壓力達到大約1MPa，這(zhe)對于分批生產100kg金(jin)屬是(shi)合適的(de)。
加(jia)壓電(dian)(dian)渣重熔法是(shi)目前商業生產(chan)高氮鋼(gang)的(de)有效方法。1980年(nian)德國Krupp公司建成世(shi)界第一臺16t高壓電(dian)(dian)渣爐。1988年(nian)德國VSG公司又建成20t高壓電(dian)(dian)渣爐，如圖9.94所示，熔煉室運行壓力可達4.2MPa，生產(chan)鑄錠的(de)直徑為430~1000mm。爐子有密封滑動導(dao)電(dian)(dian)系統(tong)，固定圓柱銅模位于(yu)下部(bu)，氮以氮化物(wu)粒子形式與脫氧(yang)劑連續加(jia)入。該爐已(yi)成功(gong)生產(chan)了用做發電(dian)(dian)機(ji)轉子護環的(de)P900N鋼(gang)。
烏克蘭、俄羅斯、德國(guo)等(deng)國(guo)家的(de)一些研究(jiu)所及公司開發了(le)工業化的(de)加壓(ya)等(deng)離子電弧重(zhong)熔(rong)(rong)技術。在等(deng)離子弧中(zhong)，氮(dan)被分(fen)離成原(yuan)子供給液(ye)態金屬，提高了(le)金屬的(de)吸氮(dan)率(lv)。研究(jiu)表(biao)明，在含(han)氮(dan)氣氛中(zhong)進(jin)行等(deng)離子弧重(zhong)熔(rong)(rong)是冶(ye)煉(lian)高氮(dan)鋼(gang)時用氮(dan)合金化的(de)一種有效的(de)方法，已穩定地生產出錠重(zhong)達3.4噸(dun)的(de)高氮(dan)奧氏體不銹鋼(gang)錠。
國內外(wai)采用粉末冶(ye)金法生產高(gao)氮不銹(xiu)鋼的主(zhu)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(tong)合金元(yuan)(yuan)素對(dui)氮(dan)在鋼(gang)(gang)液中(zhong)溶(rong)解度(du)的(de)研究(jiu)表明(ming)，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元(yuan)(yuan)素（按由強到(dao)弱順序）可以用來增加(jia)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)氮(dan)的(de)溶(rong)解度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元(yuan)(yuan)素有(you)很強的(de)形成氮(dan)化(hua)物的(de)趨(qu)勢(shi)，Cr也能顯著(zhu)提高氮(dan)在不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)溶(rong)解度(du)，其形成氮(dan)化(hua)物的(de)趨(qu)勢(shi)較(jiao)小。Mn在許多不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)用來增加(jia)氮(dan)的(de)溶(rong)解度(du)，且價格較(jiao)低(di)。Cu、Ni、Si、B等元(yuan)(yuan)素則降低(di)氮(dan)在鋼(gang)(gang)液中(zhong)的(de)溶(rong)解度(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，如機械(xie)合金(jin)化(hua)、燒結(jie)滲(shen)氮等。
高(gao)氮不銹鋼粉(fen)(fen)末的成(cheng)形(xing)技術除(chu)了上述熱等(deng)靜壓技術外，還(huan)可以采用(yong)粉(fen)(fen)末注射成(cheng)形(xing)、燒結-自由鍛造(zao)、爆炸成(cheng)形(xing)等(deng)。
粉末注射成形（metal injection moulding，MIM）工藝(yi)是把金屬(shu)粉與有機黏結(jie)(jie)劑(ji)混合(he)，把混合(he)物噴入模中(zhong)，再在110℃酸(suan)性含(han)氮氣氛中(zhong)進(jin)行(xing)(xing)電解分離去(qu)除黏結(jie)(jie)劑(ji)。去(qu)除黏結(jie)(jie)劑(ji)后(hou)，粉粒很弱地結(jie)(jie)合(he)在一起，在合(he)金中(zhong)保留開(kai)放(fang)的空隙通道。在燒結(jie)(jie)氮化處理(li)(li)期間，燒結(jie)(jie)進(jin)行(xing)(xing)得慢而骨架氮化很快，其工藝(yi)如圖9.96所(suo)示。最后(hou)將(jiang)產(chan)品進(jin)行(xing)(xing)固(gu)溶處理(li)(li)。該(gai)工藝(yi)適于處理(li)(li)小(xiao)型零(ling)件。
