近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹(xiu)鋼加氮問題，已進行了大量研究。氮對不銹鋼基體組織的影響和作用，主要是在對其組織、力學性能和耐蝕性方面，其有益作用在本章前面部分已有闡述。目前控氮型和中氮型不銹鋼在常壓冶煉技術條件下就可以完成，成本優勢顯著。主要方法是：
①. 在熔煉過程中將FeCrN、CrN、MnN或Si3N4等中間合金加入到熔池中，以調整合金成分；
②. 向AOD熔池底吹氮。
20世紀80年代以來，隨著冶金技術的進步及人們深入研究了Cr、Mn等主要元素對氮溶解度的影響規律之后，才逐漸開發出各種高氮奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼。近年來，超導技術的發展對低溫無磁材料需求的升溫，以及作為化工和能源開發材料用高強度不銹鋼需求量的不斷增長，進一步促進了高氮高強度不銹鋼的研制和發展。雖然人們對高氮鋼（包含高氮不銹鋼，以下同）已有大量研究，但“高氮鋼”的定義尚無統一認識。許多學者認為，奧氏體基體的氮含量大于0.4％或鐵素體基體中的氮含量大于0.08％的鋼是高氮鋼。
制備高氮(dan)鋼(gang)的主要技術問題是如何使熔體中得到高質量分(fen)數的氮(dan)，以(yi)及如何防止其在凝固過程中的逸(yi)出問題。
目前(qian)，制備(bei)高氮鋼大體分為氮氣加(jia)(jia)(jia)(jia)壓熔煉(lian)(lian)(lian)法(fa)(fa)、粉末(mo)冶金(jin)法(fa)(fa)和(he)表(biao)面滲氮法(fa)(fa)。氮氣加(jia)(jia)(jia)(jia)壓熔煉(lian)(lian)(lian)法(fa)(fa)經過(guo)多年(nian)發(fa)展(zhan)，現(xian)已(yi)成(cheng)功開發(fa)出的(de)高氮鋼加(jia)(jia)(jia)(jia)壓技術(shu)，主要(yao)有(you)加(jia)(jia)(jia)(jia)壓感應(ying)熔煉(lian)(lian)(lian)法(fa)(fa)（PIM）、加(jia)(jia)(jia)(jia)壓電渣重(zhong)(zhong)熔法(fa)(fa)（PESR）、加(jia)(jia)(jia)(jia)壓等離(li)子(zi)熔煉(lian)(lian)(lian)法(fa)(fa)（PARP）、加(jia)(jia)(jia)(jia)壓電弧渣重(zhong)(zhong)熔（ASRP）等。
加壓(ya)感(gan)應(ying)(ying)熔煉(lian)法是(shi)把真空感(gan)應(ying)(ying)爐變(bian)成高壓(ya)感(gan)應(ying)(ying)熔煉(lian)設備，一般熔化時壓(ya)力達到大約(yue)1MPa，這對于分批(pi)生產100kg金屬(shu)是(shi)合適的。
加壓(ya)電渣重熔法是目(mu)前商業(ye)生產(chan)高(gao)氮(dan)鋼的有效(xiao)方法。1980年(nian)德國Krupp公(gong)(gong)司建成世界第一臺16t高(gao)壓(ya)電渣爐。1988年(nian)德國VSG公(gong)(gong)司又建成20t高(gao)壓(ya)電渣爐，如圖9.94所示，熔煉室(shi)運行(xing)壓(ya)力可達(da)4.2MPa，生產(chan)鑄錠的直徑為430~1000mm。爐子有密封滑動導電系統，固定圓柱銅模位于下部，氮(dan)以氮(dan)化物粒子形(xing)式與脫(tuo)氧劑(ji)連(lian)續加入。該(gai)爐已成功生產(chan)了用(yong)做發(fa)電機(ji)轉(zhuan)子護環的P900N鋼。
烏克蘭、俄羅斯、德國等國家的一些研(yan)究(jiu)所及公司開(kai)發了工(gong)業化的加(jia)壓等離子(zi)電弧重熔技術。在等離子(zi)弧中(zhong)，氮(dan)(dan)被分離成(cheng)原子(zi)供(gong)給液態金屬(shu)，提(ti)高(gao)了金屬(shu)的吸氮(dan)(dan)率。研(yan)究(jiu)表(biao)明，在含氮(dan)(dan)氣氛中(zhong)進行(xing)等離子(zi)弧重熔是冶煉高(gao)氮(dan)(dan)鋼時用氮(dan)(dan)合金化的一種有(you)效的方法，已穩定(ding)地生產出錠重達3.4噸的高(gao)氮(dan)(dan)奧氏體不(bu)銹鋼錠。
國內外采用粉末(mo)冶金法生產高氮不(bu)銹鋼的主要方(fang)式：
①. 先制取高氮不銹鋼粉末，然后采用模壓燒結、粉末軋制、熱等靜壓等粉末冶金成形方式制備高氮不銹鋼制品；
②. 將一般不銹鋼粉通過模壓成形、注射成形等方式加工成生坯后，在燒結過程中進行滲氮處理。
在0.101MPa（1atm）下，氮在α-Fe、δ-Fe、γ-Fe及液態鐵中的溶解度如圖9.95所示。氮在α-Fe、δ-Fe中的溶解度遠低于在γ-Fe中的溶解度。在1873K時，氮在液態鐵中的溶解度只有0.045％。根據Sievert規律，鋼液中的氮含量與氮氣壓力的平方根成正比，鋼液中氮的溶解度隨氮氣壓力的增加而增加。因此，商業用高氮不銹鋼粉末首先在氮氣氣氛中進行高壓熔煉，以提高鋼液中的氮含量。在純鐵、Fe-Cr合金、Fe-Mn-Cr合金凝固期間會形成δ-Fe，在其形成范圍內，氮的溶解度降低到低于液態的平衡溶解度，成為鋼錠產生縮孔的原因。增加壓力，有可能避免Fe-Mn-Cr合金中形成δ-Fe相區，可以保證鋼中的氮含量且不會出現縮孔。在一般Cr-Ni不銹鋼中沒有8-Fe相區，采用氮合金化沒有縮孔問題，凝固期間也不需要壓力。
根(gen)據不(bu)同(tong)合金元素對(dui)氮(dan)在(zai)鋼(gang)液中(zhong)(zhong)溶(rong)解(jie)度(du)的研究表明(ming)，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元素（按由強到弱順序）可以(yi)用來增(zeng)(zeng)加不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)氮(dan)的溶(rong)解(jie)度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元素有很(hen)強的形成氮(dan)化(hua)物的趨勢(shi)(shi)，Cr也能顯(xian)著提高氮(dan)在(zai)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的溶(rong)解(jie)度(du)，其形成氮(dan)化(hua)物的趨勢(shi)(shi)較(jiao)(jiao)小。Mn在(zai)許多不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)(zhong)用來增(zeng)(zeng)加氮(dan)的溶(rong)解(jie)度(du)，且價格較(jiao)(jiao)低(di)。Cu、Ni、Si、B等元素則降低(di)氮(dan)在(zai)鋼(gang)液中(zhong)(zhong)的溶(rong)解(jie)度(du)。
用高壓氮氣作為霧化氣將熔體破碎成粉末，通過快速凝固使熔融金屬液中的氮不致析出，最終獲得高氮鋼粉，采用此技術可制備氮含量達1.0％的不銹鋼粉末。利用熱等靜壓（HIP）技術可將高氮奧氏體鋼粉末制成高氮奧氏體耐蝕不銹鋼制品，可以達到99％～100％的相對密度，具有良好的力學性能和耐蝕性能。用此方法已生產出北海油田海下及海面平臺上的部件，如法蘭盤、接頭、閥體等，有的閥體重達2t。目前，HIP技術在粉末冶金高氮不銹鋼中的應用是非常廣泛和有效的。由于鐵(tie)素體不銹鋼中的氮溶解度低，用HIP方法生產高氮鐵素體不銹鋼需要更高的壓力。
固態滲氮有多種方(fang)法，如機械合金化、燒結滲氮等。
高氮不銹鋼粉(fen)末的成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)除了上述熱(re)等(deng)靜壓技(ji)術(shu)外，還可以采用(yong)粉(fen)末注射成(cheng)(cheng)形、燒結-自(zi)由(you)鍛(duan)造、爆炸(zha)成(cheng)(cheng)形等(deng)。
粉(fen)末(mo)注射成形（metal injection moulding，MIM）工(gong)(gong)藝(yi)是把金屬粉(fen)與有(you)機黏結(jie)劑混合(he)，把混合(he)物噴入(ru)模(mo)中(zhong)，再在110℃酸性含(han)氮氣氛中(zhong)進行電解分離(li)去(qu)除黏結(jie)劑。去(qu)除黏結(jie)劑后(hou)，粉(fen)粒很(hen)弱(ruo)地結(jie)合(he)在一起(qi)，在合(he)金中(zhong)保留開放的空隙(xi)通(tong)道。在燒結(jie)氮化(hua)處(chu)理(li)期間，燒結(jie)進行得慢而骨架氮化(hua)很(hen)快，其工(gong)(gong)藝(yi)如(ru)圖9.96所示。最后(hou)將(jiang)產品進行固溶處(chu)理(li)。該工(gong)(gong)藝(yi)適于處(chu)理(li)小(xiao)型零件。
