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(bu)銹鋼的強度，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、耐縫(feng)隙腐(fu)蝕和耐晶間腐蝕的性能。

 由于氮(dan)的良(liang)好(hao)作用，用氮(dan)合金化的奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)不斷取得進展并獲(huo)得應用。目(mu)前應用的含氮(dan)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)可以分為三種類型：

1. 控氮型(xing)

   此(ci)類鋼(gang)是(shi)在超低碳(tan)（0.02％～0.03％）鉻鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)加入0.05％～0.12％N，用以提(ti)高鋼(gang)的(de)強(qiang)度，使其達到含穩定化元素(su)鈦或普通低碳(tan)（≤0.08％）奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)水平。

2. 中氮型(xing)

   此類鋼含有0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力條件下(xia)冶煉(lian)和澆鑄所(suo)得到(dao)的(de)氮合金化奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼。此類鋼以耐腐蝕為(wei)主要(yao)目(mu)的(de)，同時具(ju)有較高的(de)強度。

3. 高(gao)氮型(xing)

   此(ci)類(lei)鋼氮含量在(zai)0.40％以(yi)上。此(ci)類(lei)鋼在(zai)加壓條件下(xia)冶(ye)(ye)煉(lian)和澆鑄(zhu)，或者調整鋼中(zhong)的鉻(ge)、錳含量在(zai)常規條件下(xia)冶(ye)(ye)煉(lian)和澆鑄(zhu)，將(jiang)氮加入到(dao)足夠高的水平。此(ci)類(lei)鋼主要在(zai)固(gu)溶態或半冷加工狀態下(xia)使用，既具有高強度，又(you)耐腐蝕。

  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(zai)氮(dan)含(han)量小于0.67％時(shi)，鉻(ge)鎳(nie)奧氏(shi)體不銹鋼仍有低的韌脆轉變溫度，在(zai)-200℃的低溫下仍有足夠高的沖擊性能(neng)，但(dan)當氮(dan)含(han)量達到0.84％時(shi)，其韌脆轉變溫度較高，-200℃的沖擊韌性已(yi)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(ti)高鉻鎳鉬奧氏體(ti)不銹鋼耐稀硝酸腐蝕的性能。

 在(zai)(zai)氯(lv)化(hua)物(wu)環境中，氮(dan)顯(xian)著(zhu)提高奧(ao)氏體不銹鋼耐(nai)(nai)(nai)點蝕(shi)和縫隙(xi)腐蝕(shi)的(de)性能。研究表明，氮(dan)僅是(shi)強化(hua)鉻(ge)(ge)、鉬元(yuan)素在(zai)(zai)奧(ao)氏體中的(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)作用(yong)(yong)，鉻(ge)(ge)、鉬的(de)存在(zai)(zai)是(shi)氮(dan)改善奧(ao)氏體不銹鋼耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)作用(yong)(yong)的(de)前提。氮(dan)耐(nai)(nai)(nai)點蝕(shi)和耐(nai)(nai)(nai)縫隙(xi)腐蝕(shi)的(de)能力(li)約(yue)相(xiang)當于鉻(ge)(ge)的(de)30倍(bei)。

 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。

 鉻鎳奧(ao)氏體不銹鋼中(zhong)的(de)氮(dan)含量在0.12％～0.15％時，鋼的(de)熱(re)(re)、冷加(jia)工(gong)性(xing)(xing)及冷成(cheng)形(xing)性(xing)(xing)等將(jiang)有所下降(jiang)。熱(re)(re)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能的(de)降(jiang)低是由(you)于鋼中(zhong)氮(dan)化(hua)物(wu)和(he)(he)碳(tan)氮(dan)化(hua)物(wu)的(de)析出影響了鋼的(de)熱(re)(re)塑性(xing)(xing)，而氮(dan)的(de)固溶強化(hua)又(you)減緩(huan)鋼的(de)回復(fu)過程。冷加(jia)工(gong)性(xing)(xing)和(he)(he)冷成(cheng)形(xing)性(xing)(xing)的(de)降(jiang)低主要(yao)是氮(dan)固溶強化(hua)所致。