近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼(gang)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體不銹鋼。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(gao)氮鋼(gang)的(de)主要技(ji)術問題是如何使熔(rong)體(ti)中(zhong)得到(dao)高(gao)質(zhi)量(liang)分數的(de)氮，以及如何防止其(qi)在凝固(gu)過(guo)程中(zhong)的(de)逸(yi)出問題。
目前(qian)，制備高氮(dan)(dan)(dan)鋼大(da)體分為氮(dan)(dan)(dan)氣加(jia)(jia)(jia)壓熔(rong)煉(lian)(lian)法、粉末冶金法和表面(mian)滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)法。氮(dan)(dan)(dan)氣加(jia)(jia)(jia)壓熔(rong)煉(lian)(lian)法經過多年發展，現(xian)已成功開發出的高氮(dan)(dan)(dan)鋼加(jia)(jia)(jia)壓技術，主要有加(jia)(jia)(jia)壓感應(ying)熔(rong)煉(lian)(lian)法（PIM）、加(jia)(jia)(jia)壓電渣(zha)重熔(rong)法（PESR）、加(jia)(jia)(jia)壓等(deng)離子熔(rong)煉(lian)(lian)法（PARP）、加(jia)(jia)(jia)壓電弧渣(zha)重熔(rong)（ASRP）等(deng)。
加(jia)壓(ya)(ya)感應(ying)(ying)熔(rong)煉法是(shi)把真空感應(ying)(ying)爐變成高壓(ya)(ya)感應(ying)(ying)熔(rong)煉設(she)備，一般熔(rong)化(hua)時壓(ya)(ya)力達到大約1MPa，這對于分批生(sheng)產100kg金屬是(shi)合適的。
加(jia)壓(ya)電(dian)渣(zha)重熔(rong)法是(shi)目前商業(ye)生(sheng)產(chan)高(gao)氮鋼(gang)(gang)的(de)有(you)效方法。1980年德國(guo)Krupp公司(si)建成世界第一(yi)臺(tai)16t高(gao)壓(ya)電(dian)渣(zha)爐(lu)(lu)。1988年德國(guo)VSG公司(si)又建成20t高(gao)壓(ya)電(dian)渣(zha)爐(lu)(lu)，如圖9.94所(suo)示(shi)，熔(rong)煉室運行壓(ya)力可達(da)4.2MPa，生(sheng)產(chan)鑄錠的(de)直(zhi)徑(jing)為430~1000mm。爐(lu)(lu)子有(you)密封滑動導電(dian)系(xi)統，固定圓柱(zhu)銅(tong)模位于下部，氮以氮化物粒(li)子形式與脫氧劑連續加(jia)入。該(gai)爐(lu)(lu)已成功生(sheng)產(chan)了用做發電(dian)機轉子護環的(de)P900N鋼(gang)(gang)。
烏克(ke)蘭、俄羅斯、德國等(deng)(deng)國家(jia)的(de)一些(xie)研(yan)究所及公司(si)開(kai)發(fa)了工業化(hua)的(de)加(jia)壓等(deng)(deng)離(li)(li)子(zi)(zi)電弧重(zhong)(zhong)熔技術。在(zai)等(deng)(deng)離(li)(li)子(zi)(zi)弧中(zhong)，氮(dan)被分離(li)(li)成原子(zi)(zi)供給液態金屬，提高(gao)了金屬的(de)吸氮(dan)率。研(yan)究表明，在(zai)含氮(dan)氣氛中(zhong)進行(xing)等(deng)(deng)離(li)(li)子(zi)(zi)弧重(zhong)(zhong)熔是冶煉高(gao)氮(dan)鋼(gang)時用(yong)氮(dan)合金化(hua)的(de)一種有效的(de)方法(fa)，已(yi)穩定地(di)生產出錠重(zhong)(zhong)達3.4噸的(de)高(gao)氮(dan)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)錠。
國(guo)內外采用粉末冶(ye)金法生產高(gao)氮(dan)不銹鋼的主(zhu)要方式：
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。
根據不(bu)同合金元(yuan)素(su)對氮(dan)(dan)(dan)在鋼(gang)(gang)液(ye)中(zhong)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度的(de)(de)(de)研(yan)究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元(yuan)素(su)（按(an)由強到弱順序(xu)）可以(yi)用來增加不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度。Ti、Zr、V、Nb等元(yuan)素(su)有很強的(de)(de)(de)形成(cheng)氮(dan)(dan)(dan)化物的(de)(de)(de)趨勢，Cr也能顯著提高氮(dan)(dan)(dan)在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度，其形成(cheng)氮(dan)(dan)(dan)化物的(de)(de)(de)趨勢較(jiao)小。Mn在許多(duo)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)用來增加氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度，且(qie)價(jia)格較(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等元(yuan)素(su)則降低氮(dan)(dan)(dan)在鋼(gang)(gang)液(ye)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度。
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(dan)有多(duo)種方法，如機(ji)械合金(jin)化、燒(shao)結滲氮(dan)等。
高氮不(bu)銹鋼粉(fen)末(mo)(mo)的成(cheng)形(xing)(xing)技術除了上(shang)述(shu)熱等靜壓(ya)技術外，還可以采(cai)用(yong)粉(fen)末(mo)(mo)注射成(cheng)形(xing)(xing)、燒(shao)結-自由(you)鍛(duan)造、爆(bao)炸(zha)成(cheng)形(xing)(xing)等。
粉末(mo)注射成形（metal injection moulding，MIM）工(gong)藝是把(ba)金屬粉與有(you)機黏結劑(ji)混合(he)，把(ba)混合(he)物噴入模中(zhong)，再在(zai)110℃酸(suan)性含氮氣氛中(zhong)進行電解(jie)分離(li)去(qu)除(chu)黏結劑(ji)。去(qu)除(chu)黏結劑(ji)后，粉粒很弱地(di)結合(he)在(zai)一起，在(zai)合(he)金中(zhong)保留(liu)開放的空(kong)隙通(tong)道。在(zai)燒(shao)結氮化(hua)處理(li)期間，燒(shao)結進行得慢而骨架氮化(hua)很快，其工(gong)藝如圖9.96所示。最后將產(chan)品進行固(gu)溶(rong)處理(li)。該(gai)工(gong)藝適于處理(li)小型(xing)零件。
