表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體不銹鋼(gang)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。
高氮鋼晶體結(jie)構一個主要特點是自由(you)電(dian)子(zi)濃度(du)的增(zeng)加，提高了原子(zi)間金屬(shu)鍵鍵合，使電(dian)子(zi)在晶體結(jie)構中的分布更均(jun)勻。因(yin)此，位錯滑移(yi)時并不(bu)(bu)減弱(ruo)或者破壞原子(zi)間結(jie)合，使材料具(ju)有高的強(qiang)度(du)和高的斷裂(lie)韌性，但氮含(han)量高于0.5％時，因(yin)原子(zi)間金屬(shu)鍵鍵合下(xia)降(jiang)而不(bu)(bu)利于韌性。
在奧氏體(ti)鋼(gang)中，氮原(yuan)子與(yu)位(wei)錯(cuo)的(de)結合(he)能(neng)高于碳(tan)(tan)原(yuan)子與(yu)位(wei)錯(cuo)的(de)結合(he)能(neng)，而且這種結合(he)能(neng)隨氮含(han)量的(de)增加而增加，因此氮原(yuan)子比碳(tan)(tan)原(yuan)子更能(neng)有效地(di)阻塞(sai)位(wei)錯(cuo)。
實驗證明，氮與碳不(bu)同(tong)，其在晶界(jie)的偏析傾向不(bu)明顯(xian)，氮和(he)晶界(jie)的親和(he)力(li)很(hen)弱(ruo)。這(zhe)可以解釋高氮鋼為何(he)具有良好(hao)的耐晶間(jian)腐蝕性能(neng)和(he)高溫力(li)學(xue)性能(neng)。
在鐵(tie)基固(gu)溶體中(zhong)，氮原子與(yu)鄰(lin)近置換型合金元素傾向(xiang)于金屬鍵(jian)結合，有(you)助于短(duan)程有(you)序，這(zhe)有(you)利于合金元素更均勻(yun)地分布，增加了奧氏體的穩定性，抑制了沉淀析(xi)出(chu)和發生腐蝕(shi)。
大(da)多數試驗(yan)結果(guo)認為，奧氏體鋼中(zhong)添(tian)加氮(dan)(dan)會降低層錯能。在含氮(dan)(dan)奧氏體不銹鋼的形變過程中(zhong)，氮(dan)(dan)促(cu)進(jin)平面滑移(yi)(yi)，這是由于(yu)層錯能低，能阻止位錯攀移(yi)(yi)出滑移(yi)(yi)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)的奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)溫(wen)度降至-269℃時(shi)，其屈(qu)服(fu)強(qiang)度升(sheng)高(gao)(gao)(gao)(gao)不(bu)多，而(er)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)鋼(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度則(ze)隨溫(wen)度的降低(di)而(er)顯(xian)著提高(gao)(gao)(gao)(gao)。如果在(zai)(zai)23℃時(shi)含(han)(han)氮(dan)鋼(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度較(jiao)含(han)(han)碳(tan)鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)出23％，則(ze)在(zai)(zai)-269℃時(shi)含(han)(han)氮(dan)鋼(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度則(ze)較(jiao)含(han)(han)碳(tan)鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)出300％。因此(ci)，高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)可用(yong)于制(zhi)作(zuo)超導磁體(ti)的外殼，但應注意，高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)低(di)溫(wen)時(shi)會出現韌(ren)脆轉變(bian)溫(wen)度，如果高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中加入適量的Mo和Ni則(ze)可以改善低(di)溫(wen)時(shi)鋼(gang)的韌(ren)性，同時(shi)降低(di)鋼(gang)的屈(qu)服(fu)強(qiang)度。
冷(leng)變(bian)形是提高奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)有效手段，其效果(guo)遠高于固(gu)溶強(qiang)(qiang)(qiang)化。冷(leng)變(bian)形對于高氮奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼的(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)化效果(guo)尤為顯著。例如(ru)，在(zai)Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合(he)金中，在(zai)含氮1.07％和冷(leng)變(bian)形量為50％時(shi)， 可(ke)使鋼的(de)(de)屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)超過(guo)2000MPa。氮還增加鋼的(de)(de)形變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化率，但(dan)對鋼的(de)(de)形變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化指(zhi)數n的(de)(de)影響較小。
在奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼中加入氮(dan)可(ke)以顯著地(di)提高(gao)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的穩定性，有效地(di)抑制在變形過程中a'和(he)ε（hcp）馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的形成，甚(shen)至在低溫時也不會出現a'馬氏(shi)(shi)體(ti)(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。
當全部氮(dan)原子間隙固溶(rong)于奧(ao)氏體(ti)中(zhong)時，鋼顯示(shi)出(chu)良(liang)好的(de)強度和韌(ren)性，但(dan)當有(you)氮(dan)化(hua)物析(xi)出(chu)時，將(jiang)導致鋼的(de)脆性出(chu)現，特(te)別是在(zai)晶界和亞晶界析(xi)出(chu)的(de)氮(dan)化(hua)物對鋼的(de)沖擊韌(ren)性和動態應變的(de)塑性十分有(you)害，但(dan)對鋼的(de)屈服強度和抗拉強度的(de)影響較(jiao)小。
關于氮(dan)(dan)元素(su)對不(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)蝕性能的(de)影(ying)響(xiang)在9.5.2、9.6.2.3等節中(zhong)已有(you)論述，但高氮(dan)(dan)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)氮(dan)(dan)對耐(nai)蝕性能的(de)影(ying)響(xiang)報道較少。
