氮 氮作為合金元素早期用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中，以節約鎳。除節鎳效果外，氮通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹(xiu)鋼的強度，而不顯著損害其塑性和韌性，同時氮還可以提高鋼的耐均勻腐蝕、耐點蝕(shi)、耐縫隙(xi)腐蝕(shi)和耐晶間腐蝕的性能。

 由于氮(dan)的良(liang)好(hao)作用(yong)，用(yong)氮(dan)合金化的奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)不斷取得進展并獲得應用(yong)。目前應用(yong)的含氮(dan)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)可以分為三種類型：

1. 控氮型(xing)

   此類鋼(gang)是在超低碳（0.02％～0.03％）鉻鎳奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)中加入0.05％～0.12％N，用(yong)以提高(gao)鋼(gang)的強(qiang)度，使(shi)其(qi)達到(dao)含穩定化(hua)元(yuan)素鈦或普通(tong)低碳（≤0.08％）奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的水平。

2. 中氮型

   此類鋼含(han)有0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力(li)條件下冶煉和澆(jiao)鑄所得到(dao)的(de)(de)氮合金化奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼。此類鋼以耐腐蝕為主要目的(de)(de)，同時具有較高的(de)(de)強度。

3. 高(gao)氮型

   此類鋼氮(dan)含量在0.40％以上。此類鋼在加(jia)(jia)壓條件下冶煉(lian)(lian)和(he)澆鑄，或者調整鋼中的鉻、錳含量在常規條件下冶煉(lian)(lian)和(he)澆鑄，將氮(dan)加(jia)(jia)入到足夠(gou)高的水(shui)平(ping)。此類鋼主要在固溶態(tai)或半(ban)冷加(jia)(jia)工狀(zhuang)態(tai)下使用，既具有高強度，又(you)耐(nai)腐蝕。

  氮形成奧氏體的能力與碳相當，約為鎳的30倍。氮在奧氏體不銹鋼中可代替部分鎳，可降低鋼中的鐵素體含量，并使奧氏體更穩定，甚至可避免出現馬氏體轉變。在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，氮含量的增加可形成氮化物Cr₂N（圖9.54）。

 氮顯著提高奧氏體鋼的強度（圖4.19），每加入0.010％N，可提高鉻鎳奧氏體不銹鋼的室溫強度（σ_0.2、σ_b）60～100MPa，其塑性仍保持足夠高的水平。圖9.67顯示氮含量對022Cr19Ni10鋼室溫力學性能的影響。在高氮奧氏體鋼中，氮亦可以提高其強度，氮含量為1.2％的低碳Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼的屈服強度可達800～900MPa。曾對低碳的18Cr-18Mn-N奧氏體不銹鋼的力學性能進行過研究，經固溶處理后可獲得單一的奧氏體組織，圖9.68為氮含量對其室溫屈服強度和斷裂韌度的影響。研究結果表明，在氮固溶于奧氏體的情況下，其含量高至0.74％時，斷裂韌度不降低，而其屈服強度顯著提高。通過冷加工變形，可以進一步提高其屈服強度。在固溶氮含量為0.58％時，經過40％的冷變形，鋼的屈服強度可達1400～1500MPa，其斷裂韌度將由很高的500MPa·m^1/2降至依然不錯的200MPa·m^1/2。

 在氮(dan)含(han)量(liang)小于0.67％時，鉻鎳奧氏(shi)體不銹鋼仍有低的(de)(de)韌(ren)脆轉變(bian)溫(wen)度，在-200℃的(de)(de)低溫(wen)下(xia)仍有足夠(gou)高(gao)的(de)(de)沖擊性能，但當氮(dan)含(han)量(liang)達到(dao)0.84％時，其韌(ren)脆轉變(bian)溫(wen)度較(jiao)高(gao)，-200℃的(de)(de)沖擊韌(ren)性已顯得過低。

  在一些酸性介質中，氮提高奧氏體不銹鋼耐一般腐蝕性能。適量的氮還提高奧氏體不銹鋼敏化態的耐晶間腐蝕性能，這是由于氮作為活性元素優先沿晶界聚集，氮降低碳原子和鉻原子的擴散能力，從而抑制M₂₃C₆型碳化物的析出和延緩σ相、x相的形成。圖9.69為氮對17Cr-13Ni-4,5Mo鋼中M₂₃C₆型碳化物析出行為的影響。適量的氮還可以顯著改善敏化狀態的耐晶間應力腐蝕開裂。

 氮還提高(gao)鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼耐(nai)稀硝酸腐蝕的(de)性能。

 在氯化物環境中(zhong)，氮(dan)顯著提(ti)高奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼耐(nai)點蝕(shi)和縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)性能。研究表明，氮(dan)僅是強化鉻、鉬元素在奧(ao)氏(shi)體中(zhong)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)作用，鉻、鉬的(de)(de)存(cun)在是氮(dan)改(gai)善奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼耐(nai)蝕(shi)作用的(de)(de)前提(ti)。氮(dan)耐(nai)點蝕(shi)和耐(nai)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)能力約(yue)相(xiang)當于鉻的(de)(de)30倍。

 氮提高不銹鋼耐點蝕和耐縫隙腐蝕的機理尚有不同的觀點：氮在表面膜中富集，同時使表面膜中富鉻，從而提高鋼的鈍化能力和鈍態穩定性；氮與閉塞區的溶液反應形成NH^-₄，消耗H^-，使初始蝕坑內pH升高，氮亦可產生NO^-₃，均有利于鋼的鈍化。

 鉻(ge)鎳奧氏體不銹鋼(gang)中的(de)(de)氮(dan)含量(liang)在(zai)0.12％～0.15％時，鋼(gang)的(de)(de)熱(re)、冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)性及冷(leng)成(cheng)形性等將有所下降。熱(re)加(jia)(jia)工(gong)性能(neng)的(de)(de)降低是由于鋼(gang)中氮(dan)化(hua)物和碳(tan)氮(dan)化(hua)物的(de)(de)析出影響了鋼(gang)的(de)(de)熱(re)塑性，而氮(dan)的(de)(de)固(gu)溶強化(hua)又(you)減緩鋼(gang)的(de)(de)回復過程(cheng)。冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)性和冷(leng)成(cheng)形性的(de)(de)降低主要是氮(dan)固(gu)溶強化(hua)所致。