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(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(zhi)備高氮鋼的(de)(de)主要技(ji)術問題是(shi)如何使熔體中得到高質(zhi)量分數的(de)(de)氮，以(yi)及如何防(fang)止其在凝固過程中的(de)(de)逸出問題。
目前，制備高氮鋼大(da)體分為氮氣加(jia)(jia)(jia)壓熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)、粉末冶金法(fa)和表面滲(shen)氮法(fa)。氮氣加(jia)(jia)(jia)壓熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)經過多年(nian)發展(zhan)，現已成(cheng)功開(kai)發出的高氮鋼加(jia)(jia)(jia)壓技術，主要有加(jia)(jia)(jia)壓感應熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)（PIM）、加(jia)(jia)(jia)壓電(dian)渣重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)法(fa)（PESR）、加(jia)(jia)(jia)壓等離子熔(rong)(rong)煉(lian)法(fa)（PARP）、加(jia)(jia)(jia)壓電(dian)弧渣重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)（ASRP）等。
加壓(ya)感(gan)(gan)應(ying)熔煉法是把真(zhen)空感(gan)(gan)應(ying)爐變(bian)成高壓(ya)感(gan)(gan)應(ying)熔煉設(she)備，一般熔化時壓(ya)力(li)達到大約1MPa，這對于分批生(sheng)產100kg金(jin)屬是合適的。
加壓(ya)電(dian)渣(zha)(zha)重(zhong)熔法是目前商業生產(chan)高(gao)氮(dan)鋼的(de)(de)有效方(fang)法。1980年德(de)國(guo)Krupp公(gong)司(si)(si)建(jian)成(cheng)世界第(di)一臺16t高(gao)壓(ya)電(dian)渣(zha)(zha)爐(lu)。1988年德(de)國(guo)VSG公(gong)司(si)(si)又(you)建(jian)成(cheng)20t高(gao)壓(ya)電(dian)渣(zha)(zha)爐(lu)，如圖9.94所示，熔煉室運(yun)行壓(ya)力可達4.2MPa，生產(chan)鑄錠的(de)(de)直徑為430~1000mm。爐(lu)子有密封滑(hua)動導(dao)電(dian)系統，固定圓柱(zhu)銅模位于下部，氮(dan)以氮(dan)化物粒子形式與脫氧劑連續加入(ru)。該爐(lu)已成(cheng)功生產(chan)了用做發(fa)電(dian)機轉子護環的(de)(de)P900N鋼。
烏克(ke)蘭、俄羅斯、德(de)國等國家的(de)(de)一些研究(jiu)所及公司開發(fa)了工業化的(de)(de)加壓等離(li)(li)(li)子電弧重(zhong)熔技術。在等離(li)(li)(li)子弧中，氮被分離(li)(li)(li)成原子供給液(ye)態(tai)金屬，提高了金屬的(de)(de)吸(xi)氮率。研究(jiu)表明，在含(han)氮氣氛中進(jin)行等離(li)(li)(li)子弧重(zhong)熔是冶煉高氮鋼時用氮合金化的(de)(de)一種有效的(de)(de)方法(fa)，已穩定地生產出錠(ding)重(zhong)達(da)3.4噸的(de)(de)高氮奧氏體不銹鋼錠(ding)。
國(guo)內外采用粉末(mo)冶金法生產(chan)高氮不銹鋼的主要方式：
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)(bu)同合金元(yuan)(yuan)素對(dui)氮(dan)在(zai)(zai)鋼(gang)液(ye)中(zhong)溶解度的(de)(de)(de)(de)研(yan)究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等(deng)(deng)元(yuan)(yuan)素（按由強到(dao)弱(ruo)順(shun)序）可以用(yong)來增加不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)溶解度。Ti、Zr、V、Nb等(deng)(deng)元(yuan)(yuan)素有(you)很強的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)氮(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)趨勢，Cr也能顯著提高氮(dan)在(zai)(zai)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解度，其形成(cheng)氮(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)趨勢較小(xiao)。Mn在(zai)(zai)許多不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)用(yong)來增加氮(dan)的(de)(de)(de)(de)溶解度，且價格較低。Cu、Ni、Si、B等(deng)(deng)元(yuan)(yuan)素則降低氮(dan)在(zai)(zai)鋼(gang)液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解度。
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(bu)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(you)多種(zhong)方法(fa)，如機械合(he)金化、燒結滲(shen)氮等。
高(gao)氮不銹鋼(gang)粉(fen)末的成(cheng)形(xing)(xing)(xing)技術(shu)除了上述熱等(deng)靜壓技術(shu)外，還可以(yi)采用粉(fen)末注射成(cheng)形(xing)(xing)(xing)、燒(shao)結-自(zi)由鍛造、爆炸成(cheng)形(xing)(xing)(xing)等(deng)。
粉(fen)末注射(she)成形（metal injection moulding，MIM）工藝(yi)是把(ba)金屬粉(fen)與有(you)機黏(nian)結(jie)劑(ji)混合，把(ba)混合物噴(pen)入模中，再(zai)在110℃酸性含氮(dan)氣氛(fen)中進(jin)行(xing)(xing)電解(jie)分離去(qu)除黏(nian)結(jie)劑(ji)。去(qu)除黏(nian)結(jie)劑(ji)后，粉(fen)粒(li)很弱地結(jie)合在一起，在合金中保留開放的(de)空隙通道。在燒結(jie)氮(dan)化處(chu)理(li)期間，燒結(jie)進(jin)行(xing)(xing)得慢而骨架氮(dan)化很快，其工藝(yi)如圖9.96所示。最(zui)后將產品進(jin)行(xing)(xing)固溶處(chu)理(li)。該工藝(yi)適于處(chu)理(li)小型零件。
