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(jié)約鎳。除節(jié)鎳效果外，氮通過固溶強(qiáng)化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)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(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕和耐晶間腐蝕的性能。

 由于氮的良好作用，用氮合金化的奧氏體不銹鋼不斷取得進(jìn)展并獲得應(yīng)用。目前應(yīng)用的含氮奧氏體不銹鋼可以分為三種類型：

1. 控氮型

   此類鋼是在超低碳（0.02％～0.03％）鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入0.05％～0.12％N，用以提高鋼的強(qiáng)度，使其達(dá)到含穩(wěn)定化元素鈦或普通低碳（≤0.08％）奧氏體不銹鋼的水平。

2. 中氮型

   此類鋼含有0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力條件下冶煉和澆鑄所得到的氮合金化奧氏體不銹鋼。此類鋼以耐腐蝕為主要目的，同時具有較高的強(qiáng)度。

3. 高氮型

   此類鋼氮含量在0.40％以上。此類鋼在加壓條件下冶煉和澆鑄，或者調(diào)整鋼中的鉻、錳含量在常規(guī)條件下冶煉和澆鑄，將氮加入到足夠高的水平。此類鋼主要在固溶態(tài)或半冷加工狀態(tài)下使用，既具有高強(qiáng)度，又耐腐蝕。

  氮形成奧氏體的能力與碳相當(dāng)，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(wěn)定，甚至可避免出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(xué)性能的影響。在高氮奧氏體鋼中，氮亦可以提高其強(qiáng)度，氮含量為1.2％的低碳Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)800～900MPa。曾對低碳的18Cr-18Mn-N奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能進(jìn)行過研究，經(jīng)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(qiáng)度和斷裂韌度的影響。研究結(jié)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(qiáng)度顯著提高。通過冷加工變形，可以進(jìn)一步提高其屈服強(qiáng)度。在固溶氮含量為0.58％時，經(jīng)過40％的冷變形，鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)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。

 在氮含量小于0.67％時，鉻鎳奧氏體不銹鋼仍有低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，在-200℃的低溫下仍有足夠高的沖擊性能，但當(dāng)?shù)窟_(dá)到0.84％時，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度較高，-200℃的沖擊韌性已顯得過低。

  在一些酸性介質(zhì)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(tài)的耐晶間腐蝕性能，這是由于氮作為活性元素優(yōu)先沿晶界聚集，氮降低碳原子和鉻原子的擴(kuò)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(tài)的耐晶間應(yīng)力腐蝕開裂。

 氮還提高鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼耐稀硝酸腐蝕的性能。

 在氯化物環(huán)境中，氮顯著提高奧氏體不銹鋼耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的性能。研究表明，氮僅是強(qiáng)化鉻、鉬元素在奧氏體中的耐蝕作用，鉻、鉬的存在是氮改善奧氏體不銹鋼耐蝕作用的前提。氮耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕的能力約相當(dāng)于鉻的30倍。

 氮提高不銹鋼耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕的機(jī)理尚有不同的觀點(diǎn)：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(tài)穩(wěn)定性；氮與閉塞區(qū)的溶液反應(yīng)形成NH^-₄，消耗H^-，使初始蝕坑內(nèi)pH升高，氮亦可產(chǎn)生NO^-₃，均有利于鋼的鈍化。

 鉻鎳奧氏體不銹鋼中的氮含量在0.12％～0.15％時，鋼的熱、冷加工性及冷成形性等將有所下降。熱加工性能的降低是由于鋼中氮化物和碳氮化物的析出影響了鋼的熱塑性，而氮的固溶強(qiáng)化又減緩鋼的回復(fù)過程。冷加工性和冷成形性的降低主要是氮固溶強(qiáng)化所致。