表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏(shi)體(ti)不銹鋼的化學成分及其力學性能。
在固溶處理或退火狀態下，高氮奧氏體不銹鋼的屈服強度和抗拉強度超出傳統鋼200％～300％。氮增加強度的原因有固溶強化、對層錯能的影響、沉淀析出強化、有序強化等。
高(gao)氮鋼晶體(ti)結(jie)構一(yi)個主要特點是自(zi)由電子濃度(du)的(de)(de)增加，提高(gao)了原子間金(jin)(jin)屬鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)合，使電子在(zai)晶體(ti)結(jie)構中的(de)(de)分布更均勻(yun)。因(yin)此，位錯滑移時(shi)并不減弱或者破(po)壞原子間結(jie)合，使材料具(ju)有高(gao)的(de)(de)強(qiang)度(du)和高(gao)的(de)(de)斷裂韌(ren)性(xing)，但(dan)氮含量高(gao)于0.5％時(shi)，因(yin)原子間金(jin)(jin)屬鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)合下降(jiang)而不利于韌(ren)性(xing)。
在奧氏體鋼中，氮原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)與位(wei)錯(cuo)的(de)結合(he)(he)能(neng)高于碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)與位(wei)錯(cuo)的(de)結合(he)(he)能(neng)，而(er)且(qie)這(zhe)種結合(he)(he)能(neng)隨氮含(han)量(liang)的(de)增加而(er)增加，因此氮原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)比(bi)碳原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)更能(neng)有(you)效地(di)阻塞(sai)位(wei)錯(cuo)。
實(shi)驗證(zheng)明，氮與碳(tan)不同，其在晶界(jie)的偏析傾向不明顯，氮和晶界(jie)的親和力(li)很(hen)弱。這可以解(jie)釋高氮鋼為(wei)何具有良(liang)好(hao)的耐晶間腐蝕性能和高溫(wen)力(li)學性能。
在鐵基固溶體中(zhong)，氮原子(zi)與(yu)鄰近置換型合金元素(su)傾向于(yu)金屬鍵結合，有助于(yu)短程(cheng)有序(xu)，這有利于(yu)合金元素(su)更均勻(yun)地分布，增加了(le)奧氏(shi)體的穩定(ding)性，抑制了(le)沉淀析出和發生腐蝕。
大(da)多(duo)數試(shi)驗結果認(ren)為，奧氏(shi)體鋼(gang)中(zhong)添加氮(dan)會降低(di)層錯能(neng)。在含氮(dan)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)的(de)形(xing)變過程中(zhong)，氮(dan)促進平面滑移，這是由于層錯能(neng)低(di)，能(neng)阻止位(wei)錯攀移出(chu)滑移面。
添加氮之后，會對奧氏體不銹鋼的沉淀析出行為產生很大的影響。通常，氮使M23C6型碳化物析出的時間變得更長，因為氮在這類碳化物中通常是不可溶的，從而推遲碳化物的形核，降低其形成速率。氮也降低碳原子和鉻原子的擴散能力，推遲碳化物的過時效，但鋼中的氮含量太高會導致氮化物Cr2N的沉淀析出。
含(han)碳的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)溫度(du)降(jiang)至-269℃時(shi)(shi)，其屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)升高(gao)不多，而(er)高(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)則(ze)隨溫度(du)的(de)降(jiang)低(di)而(er)顯著(zhu)提高(gao)。如(ru)果(guo)在(zai)23℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)較(jiao)含(han)碳鋼(gang)(gang)高(gao)出23％，則(ze)在(zai)-269℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)則(ze)較(jiao)含(han)碳鋼(gang)(gang)高(gao)出300％。因此(ci)，高(gao)氮(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)可(ke)用于制作超導磁體(ti)的(de)外殼，但應注意，高(gao)氮(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)低(di)溫時(shi)(shi)會出現韌(ren)脆轉變(bian)溫度(du)，如(ru)果(guo)高(gao)氮(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中加入適量的(de)Mo和Ni則(ze)可(ke)以改善(shan)低(di)溫時(shi)(shi)鋼(gang)(gang)的(de)韌(ren)性，同時(shi)(shi)降(jiang)低(di)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)(qu)(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)。
冷變(bian)形(xing)是(shi)提高奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)強度的(de)有效(xiao)手(shou)段，其效(xiao)果遠(yuan)高于固溶強化(hua)。冷變(bian)形(xing)對于高氮奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)強化(hua)效(xiao)果尤為(wei)顯著(zhu)。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金(jin)中，在含氮1.07％和(he)冷變(bian)形(xing)量為(wei)50％時， 可使鋼(gang)的(de)屈(qu)服強度超過2000MPa。氮還增(zeng)加鋼(gang)的(de)形(xing)變(bian)強化(hua)率，但對鋼(gang)的(de)形(xing)變(bian)強化(hua)指數n的(de)影響較小。
在(zai)奧氏(shi)體不銹鋼中加(jia)入氮可以顯著地(di)提高奧氏(shi)體的穩定性(xing)，有效地(di)抑制在(zai)變形過程中a'和ε（hcp）馬(ma)氏(shi)體的形成，甚至在(zai)低溫(wen)時也不會出現(xian)a'馬(ma)氏(shi)體。
在高氮奧氏體不銹鋼中的固溶氮含量可以高達約1％，當加熱溫度達到600～1050℃時，鋼變得不穩定而析出氮化物。如果鋼中不含強氮化物形成元素Ti、Nb、V時，主要析出的是Cr2N，有時還析出其他金屬間化合物。圖9.97為一種高氮奧氏體不銹鋼的TTP曲線。
當(dang)全(quan)部氮(dan)原子間隙固(gu)溶于奧氏體中(zhong)時，鋼(gang)顯(xian)示出良好的強(qiang)度和韌性(xing)，但當(dang)有氮(dan)化物析出時，將導致鋼(gang)的脆性(xing)出現(xian)，特別是在晶(jing)界(jie)和亞晶(jing)界(jie)析出的氮(dan)化物對鋼(gang)的沖擊(ji)韌性(xing)和動態(tai)應變的塑性(xing)十分有害(hai)，但對鋼(gang)的屈服強(qiang)度和抗拉強(qiang)度的影(ying)響較小。
關(guan)于(yu)氮(dan)元素對不(bu)銹鋼耐(nai)蝕性能的(de)影(ying)響在(zai)9.5.2、9.6.2.3等節中已有論述，但高氮(dan)奧氏體不(bu)銹鋼中氮(dan)對耐(nai)蝕性能的(de)影(ying)響報道(dao)較少。
