表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏(shi)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(dan)鋼晶體(ti)結構一(yi)個主要特(te)點是自由電子(zi)濃度的(de)增加，提(ti)高(gao)了原(yuan)子(zi)間金屬(shu)鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)合，使(shi)電子(zi)在晶體(ti)結構中(zhong)的(de)分(fen)布更均(jun)勻。因此，位錯(cuo)滑移時(shi)(shi)并不減弱(ruo)或者破壞原(yuan)子(zi)間結合，使(shi)材料具有(you)高(gao)的(de)強度和高(gao)的(de)斷裂韌(ren)(ren)性，但氮(dan)含量高(gao)于(yu)(yu)0.5％時(shi)(shi)，因原(yuan)子(zi)間金屬(shu)鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)合下降而不利于(yu)(yu)韌(ren)(ren)性。
在(zai)奧氏體鋼中(zhong)，氮原子(zi)與(yu)位錯的(de)結(jie)合(he)(he)能高于(yu)碳原子(zi)與(yu)位錯的(de)結(jie)合(he)(he)能，而(er)且這種結(jie)合(he)(he)能隨氮含量(liang)的(de)增(zeng)加而(er)增(zeng)加，因此氮原子(zi)比(bi)碳原子(zi)更能有效地阻塞位錯。
實(shi)驗證明，氮與(yu)碳不(bu)同(tong)，其在晶界的(de)偏析傾(qing)向不(bu)明顯，氮和(he)(he)晶界的(de)親(qin)和(he)(he)力很弱。這可以解釋高氮鋼為(wei)何具有良好(hao)的(de)耐晶間腐蝕性能和(he)(he)高溫力學性能。
在(zai)鐵基固溶體中，氮(dan)原子與鄰近置換型合金元素傾向于(yu)金屬鍵(jian)結(jie)合，有助(zhu)于(yu)短程有序(xu)，這有利于(yu)合金元素更均勻地分布，增加了奧氏體的穩(wen)定性，抑制(zhi)了沉(chen)淀析出和發生腐蝕。
大(da)多(duo)數試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)認為，奧氏體鋼中添加氮(dan)會降低(di)層錯能(neng)。在含氮(dan)奧氏體不銹鋼的形變(bian)過程中，氮(dan)促進平面滑移，這是由于層錯能(neng)低(di)，能(neng)阻止位錯攀移出滑移面。
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(tan)的(de)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)溫度降至-269℃時(shi)(shi)，其(qi)屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度升高(gao)(gao)不多，而(er)高(gao)(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度則(ze)隨溫度的(de)降低而(er)顯著提高(gao)(gao)。如果在(zai)(zai)23℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度較含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)出(chu)23％，則(ze)在(zai)(zai)-269℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度則(ze)較含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)出(chu)300％。因(yin)此(ci)，高(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)可用于制作超(chao)導磁體(ti)的(de)外(wai)殼，但應注意，高(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)低溫時(shi)(shi)會出(chu)現韌(ren)(ren)脆轉(zhuan)變溫度，如果高(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)中加入適量的(de)Mo和Ni則(ze)可以改善(shan)低溫時(shi)(shi)鋼(gang)(gang)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)，同時(shi)(shi)降低鋼(gang)(gang)的(de)屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)度。
冷變(bian)形是提高奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)強度的(de)(de)有效(xiao)手(shou)段，其效(xiao)果遠(yuan)高于(yu)固溶強化(hua)(hua)。冷變(bian)形對(dui)于(yu)高氮(dan)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)強化(hua)(hua)效(xiao)果尤為顯著。例如，在(zai)Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在(zai)含氮(dan)1.07％和冷變(bian)形量(liang)為50％時， 可使鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)強度超過(guo)2000MPa。氮(dan)還增加鋼(gang)(gang)的(de)(de)形變(bian)強化(hua)(hua)率，但對(dui)鋼(gang)(gang)的(de)(de)形變(bian)強化(hua)(hua)指數n的(de)(de)影響較小。
在奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼中加(jia)入氮(dan)可以顯著地提高奧氏(shi)體(ti)(ti)的穩定性，有效地抑制在變(bian)形過(guo)程中a'和ε（hcp）馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)的形成，甚至在低(di)溫時(shi)也不(bu)會出現a'馬(ma)氏(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(gu)溶(rong)于奧氏體中時，鋼顯示出良(liang)好的(de)(de)強度(du)和(he)韌(ren)性(xing)，但(dan)當有氮(dan)化物析出時，將導(dao)致鋼的(de)(de)脆性(xing)出現，特(te)別是在晶界(jie)和(he)亞晶界(jie)析出的(de)(de)氮(dan)化物對鋼的(de)(de)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)和(he)動態應變的(de)(de)塑(su)性(xing)十分有害，但(dan)對鋼的(de)(de)屈服強度(du)和(he)抗拉強度(du)的(de)(de)影(ying)響較(jiao)小。
關于氮(dan)元素(su)對不銹鋼耐蝕性能(neng)(neng)的(de)影響在9.5.2、9.6.2.3等節(jie)中已有論(lun)述，但高氮(dan)奧氏(shi)體不銹鋼中氮(dan)對耐蝕性能(neng)(neng)的(de)影響報道較少。
