表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體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(xiu)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)氮鋼晶體結構一個主要特點是自由電子濃度的(de)(de)增(zeng)加，提高(gao)了原子間金(jin)屬鍵(jian)鍵(jian)合，使電子在晶體結構中(zhong)的(de)(de)分(fen)布更(geng)均勻。因(yin)此，位錯滑移時(shi)并不減弱或者破壞原子間結合，使材料具有高(gao)的(de)(de)強(qiang)度和高(gao)的(de)(de)斷裂韌性，但氮含量高(gao)于(yu)(yu)0.5％時(shi)，因(yin)原子間金(jin)屬鍵(jian)鍵(jian)合下降而不利于(yu)(yu)韌性。
在奧(ao)氏體鋼中(zhong)，氮原(yuan)子(zi)(zi)與位(wei)錯的結(jie)合(he)能(neng)高于碳(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)與位(wei)錯的結(jie)合(he)能(neng)，而(er)且(qie)這(zhe)種結(jie)合(he)能(neng)隨氮含量的增加(jia)(jia)而(er)增加(jia)(jia)，因此氮原(yuan)子(zi)(zi)比碳(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)更(geng)能(neng)有效地(di)阻塞(sai)位(wei)錯。
實驗證明(ming)，氮與(yu)碳不同(tong)，其在晶(jing)界的偏析傾向(xiang)不明(ming)顯，氮和(he)晶(jing)界的親和(he)力很弱(ruo)。這(zhe)可以(yi)解(jie)釋高(gao)氮鋼為何具有(you)良好的耐晶(jing)間腐蝕性(xing)能和(he)高(gao)溫(wen)力學性(xing)能。
在鐵基固溶體中，氮原子(zi)與鄰(lin)近置換型合金元(yuan)素(su)傾向于金屬鍵結合，有(you)助(zhu)于短(duan)程有(you)序，這有(you)利于合金元(yuan)素(su)更均勻地分布，增加了奧氏體的(de)穩(wen)定性，抑(yi)制(zhi)了沉淀析出和發生腐蝕。
大多數試驗結果認為，奧(ao)氏體鋼中添加氮會降低層錯(cuo)能。在含氮奧(ao)氏體不銹鋼的形變過程中，氮促進平面滑(hua)移，這是由于層錯(cuo)能低，能阻止(zhi)位錯(cuo)攀移出(chu)滑(hua)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)(han)碳(tan)(tan)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)溫(wen)度(du)降至-269℃時(shi)，其屈服(fu)(fu)強(qiang)度(du)升高(gao)不(bu)多，而(er)高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)度(du)則隨溫(wen)度(du)的(de)(de)降低而(er)顯著提高(gao)。如果(guo)在(zai)23℃時(shi)含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)度(du)較含(han)(han)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)出(chu)23％，則在(zai)-269℃時(shi)含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)度(du)則較含(han)(han)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)出(chu)300％。因(yin)此，高(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)可(ke)用于制作超導(dao)磁體(ti)的(de)(de)外殼，但應注意(yi)，高(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)低溫(wen)時(shi)會(hui)出(chu)現(xian)韌脆轉變溫(wen)度(du)，如果(guo)高(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)加入(ru)適量的(de)(de)Mo和(he)Ni則可(ke)以改善低溫(wen)時(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌性(xing)，同時(shi)降低鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)度(du)。
冷變(bian)(bian)(bian)形(xing)是提高(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)(gang)強(qiang)(qiang)度(du)的有(you)效(xiao)手(shou)段，其效(xiao)果(guo)遠(yuan)高(gao)于固溶強(qiang)(qiang)化(hua)。冷變(bian)(bian)(bian)形(xing)對(dui)于高(gao)氮奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)(gang)的強(qiang)(qiang)化(hua)效(xiao)果(guo)尤為(wei)顯(xian)著(zhu)。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金(jin)中，在含(han)氮1.07％和冷變(bian)(bian)(bian)形(xing)量為(wei)50％時， 可使鋼(gang)(gang)的屈服強(qiang)(qiang)度(du)超過2000MPa。氮還(huan)增(zeng)加鋼(gang)(gang)的形(xing)變(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)率(lv)，但對(dui)鋼(gang)(gang)的形(xing)變(bian)(bian)(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)指數n的影響較(jiao)小。
在奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中加(jia)入氮可以顯(xian)著地提高奧氏(shi)體(ti)的穩(wen)定性(xing)，有(you)效地抑制(zhi)在變形過程中a'和ε（hcp）馬氏(shi)體(ti)的形成，甚至(zhi)在低(di)溫(wen)時也不會出現a'馬氏(shi)體(ti)。
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。
當全(quan)部(bu)氮(dan)原(yuan)子間隙(xi)固溶于奧氏體中時(shi)，鋼(gang)顯示(shi)出(chu)(chu)良好的(de)(de)強(qiang)度(du)和(he)韌性，但(dan)當有氮(dan)化物(wu)析(xi)出(chu)(chu)時(shi)，將導致鋼(gang)的(de)(de)脆性出(chu)(chu)現，特別是在(zai)晶(jing)界和(he)亞(ya)晶(jing)界析(xi)出(chu)(chu)的(de)(de)氮(dan)化物(wu)對鋼(gang)的(de)(de)沖擊韌性和(he)動態應變的(de)(de)塑性十分有害，但(dan)對鋼(gang)的(de)(de)屈服強(qiang)度(du)和(he)抗(kang)拉(la)強(qiang)度(du)的(de)(de)影響較小。
關(guan)于氮元素對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼耐蝕性(xing)能的影響在9.5.2、9.6.2.3等節中已有論(lun)述，但高氮奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼中氮對(dui)耐蝕性(xing)能的影響報道(dao)較(jiao)少。
