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(shi)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(fu)蝕(shi)、耐點(dian)蝕、耐縫隙腐蝕(shi)和耐晶間腐蝕的性能。

 由于氮(dan)的良(liang)好作用，用氮(dan)合金化(hua)的奧氏體不銹(xiu)鋼不斷取得進展(zhan)并獲得應用。目前(qian)應用的含氮(dan)奧氏體不銹(xiu)鋼可(ke)以(yi)分為三種類型：

1. 控氮型

   此類鋼(gang)(gang)是在超(chao)低碳（0.02％～0.03％）鉻鎳奧氏體不銹鋼(gang)(gang)中加入0.05％～0.12％N，用以提高(gao)鋼(gang)(gang)的強度，使其達到含(han)穩定化元素鈦或普通低碳（≤0.08％）奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的水平。

2. 中(zhong)氮型

   此類鋼(gang)含有0.12％～0.40％N，是在正常大氣壓力條件下(xia)冶(ye)煉和澆鑄所得(de)到的氮合金化奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。此類鋼(gang)以耐腐蝕為主要目(mu)的，同時(shi)具有較高(gao)的強(qiang)度(du)。

3. 高氮型

   此(ci)(ci)類鋼氮(dan)含量(liang)在(zai)0.40％以上。此(ci)(ci)類鋼在(zai)加壓(ya)條件下冶煉和澆鑄(zhu)，或者調整鋼中的鉻、錳含量(liang)在(zai)常規條件下冶煉和澆鑄(zhu)，將氮(dan)加入(ru)到足夠高(gao)的水(shui)平。此(ci)(ci)類鋼主要在(zai)固溶態或半冷加工狀態下使用，既具有高(gao)強(qiang)度，又耐腐蝕。

  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)(dan)含(han)量小于0.67％時(shi)，鉻鎳奧氏體不(bu)銹鋼仍(reng)有低的韌(ren)脆轉變溫度，在(zai)-200℃的低溫下仍(reng)有足(zu)夠高(gao)的沖擊性(xing)能(neng)，但當氮(dan)(dan)含(han)量達(da)到0.84％時(shi)，其韌(ren)脆轉變溫度較(jiao)高(gao)，-200℃的沖擊韌(ren)性(xing)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(kai)裂(lie)。

 氮還提高鉻(ge)鎳鉬奧氏體(ti)不銹鋼耐(nai)稀硝酸(suan)腐(fu)蝕的性能。

 在(zai)氯化物(wu)環境中，氮(dan)顯著提高奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)耐(nai)點蝕(shi)(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的性能(neng)(neng)。研究表明，氮(dan)僅是強化鉻(ge)、鉬元素在(zai)奧氏(shi)體(ti)中的耐(nai)蝕(shi)(shi)作用，鉻(ge)、鉬的存在(zai)是氮(dan)改善奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)作用的前提。氮(dan)耐(nai)點蝕(shi)(shi)和耐(nai)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的能(neng)(neng)力約相當(dang)于鉻(ge)的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。

 鉻鎳奧氏體不銹鋼(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)含(han)量在0.12％～0.15％時，鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)、冷(leng)加工(gong)性(xing)(xing)及冷(leng)成形性(xing)(xing)等將有所下降(jiang)。熱(re)加工(gong)性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)是由(you)于(yu)鋼(gang)中氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物和碳(tan)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出影響了鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)塑性(xing)(xing)，而(er)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶強化(hua)(hua)又減緩(huan)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)回復(fu)過程。冷(leng)加工(gong)性(xing)(xing)和冷(leng)成形性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)主要是氮(dan)(dan)固溶強化(hua)(hua)所致。