表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)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(gao)(gao)(gao)氮鋼晶體(ti)(ti)結(jie)構一個(ge)主要(yao)特點(dian)是自由(you)電子(zi)濃(nong)度(du)(du)的增加，提高(gao)(gao)(gao)了(le)原子(zi)間(jian)(jian)金屬(shu)鍵(jian)鍵(jian)合(he)，使電子(zi)在晶體(ti)(ti)結(jie)構中(zhong)的分布更(geng)均(jun)勻。因(yin)此，位(wei)錯滑(hua)移(yi)時(shi)并(bing)不(bu)減弱或者破壞原子(zi)間(jian)(jian)結(jie)合(he)，使材(cai)料具(ju)有(you)高(gao)(gao)(gao)的強度(du)(du)和高(gao)(gao)(gao)的斷裂韌性(xing)(xing)，但氮含(han)量高(gao)(gao)(gao)于(yu)0.5％時(shi)，因(yin)原子(zi)間(jian)(jian)金屬(shu)鍵(jian)鍵(jian)合(he)下降而(er)不(bu)利于(yu)韌性(xing)(xing)。
在奧氏體鋼(gang)中，氮原(yuan)子(zi)與位錯(cuo)的(de)(de)結合(he)能(neng)高(gao)于碳原(yuan)子(zi)與位錯(cuo)的(de)(de)結合(he)能(neng)，而且這種結合(he)能(neng)隨氮含量的(de)(de)增加(jia)而增加(jia)，因此氮原(yuan)子(zi)比碳原(yuan)子(zi)更能(neng)有效(xiao)地(di)阻塞位錯(cuo)。
實驗證明(ming)，氮(dan)(dan)與碳(tan)不(bu)同(tong)，其在晶(jing)界的(de)偏析傾向不(bu)明(ming)顯，氮(dan)(dan)和晶(jing)界的(de)親和力很弱。這可以(yi)解釋(shi)高氮(dan)(dan)鋼為何具有良好的(de)耐晶(jing)間腐蝕性能和高溫(wen)力學性能。
在鐵基固溶體中(zhong)，氮原子與鄰近置(zhi)換型合(he)金(jin)元(yuan)素傾(qing)向(xiang)于金(jin)屬鍵結(jie)合(he)，有助于短程有序，這有利于合(he)金(jin)元(yuan)素更均(jun)勻地分布，增加了奧(ao)氏體的穩定性，抑制了沉淀析出和發生腐蝕。
大(da)多數(shu)試(shi)驗(yan)結果(guo)認為(wei)，奧(ao)氏體(ti)鋼中(zhong)添加氮會降低層錯(cuo)能(neng)。在含氮奧(ao)氏體(ti)不銹鋼的形(xing)變(bian)過(guo)程(cheng)中(zhong)，氮促進平面滑移(yi)，這(zhe)是(shi)由于層錯(cuo)能(neng)低，能(neng)阻(zu)止位錯(cuo)攀移(yi)出(chu)滑移(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)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)溫(wen)度(du)(du)降至-269℃時(shi)，其屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)升高(gao)(gao)不(bu)多，而(er)高(gao)(gao)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)則(ze)(ze)隨溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)降低(di)而(er)顯著提高(gao)(gao)。如(ru)(ru)果(guo)在(zai)23℃時(shi)含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)較含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)(gao)出23％，則(ze)(ze)在(zai)-269℃時(shi)含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)則(ze)(ze)較含(han)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)(gao)出300％。因此，高(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)可用于制(zhi)作(zuo)超導(dao)磁體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)外殼，但應注意，高(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)低(di)溫(wen)時(shi)會出現韌(ren)脆轉變溫(wen)度(du)(du)，如(ru)(ru)果(guo)高(gao)(gao)氮奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中加(jia)入適量(liang)的(de)(de)(de)(de)Mo和Ni則(ze)(ze)可以改善低(di)溫(wen)時(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)韌(ren)性，同時(shi)降低(di)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)。
冷變形是提高奧氏(shi)體不銹鋼(gang)強度(du)的(de)(de)(de)有(you)效(xiao)手段(duan)，其效(xiao)果遠高于(yu)固溶強化(hua)。冷變形對(dui)于(yu)高氮奧氏(shi)體不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)強化(hua)效(xiao)果尤為顯著。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮1.07％和冷變形量為50％時， 可使(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈服強度(du)超過2000MPa。氮還增加鋼(gang)的(de)(de)(de)形變強化(hua)率，但對(dui)鋼(gang)的(de)(de)(de)形變強化(hua)指(zhi)數n的(de)(de)(de)影響較小。
在奧氏體(ti)(ti)不銹鋼中加入氮可以顯著(zhu)地(di)提高(gao)奧氏體(ti)(ti)的(de)穩定性，有效(xiao)地(di)抑(yi)制(zhi)在變形過程中a'和(he)ε（hcp）馬氏體(ti)(ti)的(de)形成，甚至(zhi)在低(di)溫時(shi)也不會出現a'馬氏體(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。
當全部氮原子間(jian)隙固溶于奧氏體中時(shi)，鋼(gang)顯示出(chu)良好的強(qiang)度(du)和(he)韌(ren)性(xing)，但(dan)當有氮化物析(xi)出(chu)時(shi)，將導致鋼(gang)的脆性(xing)出(chu)現，特別是在晶界和(he)亞晶界析(xi)出(chu)的氮化物對鋼(gang)的沖擊韌(ren)性(xing)和(he)動態(tai)應變的塑性(xing)十(shi)分有害，但(dan)對鋼(gang)的屈(qu)服強(qiang)度(du)和(he)抗拉強(qiang)度(du)的影響較(jiao)小(xiao)。
關于氮元素對不銹鋼耐蝕性(xing)能的(de)影(ying)(ying)響(xiang)在9.5.2、9.6.2.3等節中已有論述，但高氮奧(ao)氏體不銹鋼中氮對耐蝕性(xing)能的(de)影(ying)(ying)響(xiang)報道較少。
