表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏(shi)體不(bu)銹鋼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(bu)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)氮鋼晶體結構(gou)(gou)一個主要特點是自由電子(zi)(zi)濃度的(de)(de)增加，提高(gao)(gao)了原子(zi)(zi)間金屬(shu)鍵(jian)鍵(jian)合，使(shi)電子(zi)(zi)在(zai)晶體結構(gou)(gou)中的(de)(de)分(fen)布更均勻。因此，位錯滑(hua)移時并不減弱或(huo)者破壞(huai)原子(zi)(zi)間結合，使(shi)材料具有高(gao)(gao)的(de)(de)強(qiang)度和高(gao)(gao)的(de)(de)斷裂韌性，但氮含量高(gao)(gao)于0.5％時，因原子(zi)(zi)間金屬(shu)鍵(jian)鍵(jian)合下降而不利于韌性。
在奧氏體鋼中，氮(dan)原子(zi)與(yu)位錯的結合(he)能(neng)高于碳原子(zi)與(yu)位錯的結合(he)能(neng)，而且這(zhe)種結合(he)能(neng)隨氮(dan)含量(liang)的增加(jia)而增加(jia)，因此氮(dan)原子(zi)比碳原子(zi)更能(neng)有效地阻(zu)塞(sai)位錯。
實(shi)驗證明，氮與碳(tan)不同，其在(zai)晶界的(de)偏(pian)析傾向(xiang)不明顯(xian)，氮和晶界的(de)親和力(li)(li)很弱(ruo)。這可(ke)以解釋高氮鋼為何(he)具(ju)有(you)良(liang)好的(de)耐晶間腐蝕性(xing)能(neng)和高溫力(li)(li)學性(xing)能(neng)。
在鐵基(ji)固溶體中，氮原子與(yu)鄰近(jin)置(zhi)換型合(he)(he)(he)金元素傾向于金屬鍵結(jie)合(he)(he)(he)，有(you)助于短程有(you)序(xu)，這(zhe)有(you)利于合(he)(he)(he)金元素更均(jun)勻地分(fen)布(bu)，增加了奧氏(shi)體的穩(wen)定性，抑制了沉淀析出和發生(sheng)腐蝕(shi)。
大多數試驗結果認為，奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)中添加氮(dan)會降低(di)層錯(cuo)(cuo)能(neng)。在含(han)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)的形變(bian)過程中，氮(dan)促進平面(mian)滑移，這是由于層錯(cuo)(cuo)能(neng)低(di)，能(neng)阻止位(wei)錯(cuo)(cuo)攀移出滑移面(mian)。
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。
含碳(tan)的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)溫度(du)降至-269℃時(shi)(shi)(shi)(shi)，其屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)升高(gao)不(bu)多，而(er)高(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)則(ze)隨(sui)溫度(du)的降低(di)而(er)顯著提高(gao)。如果(guo)在(zai)23℃時(shi)(shi)(shi)(shi)含氮(dan)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)較(jiao)(jiao)含碳(tan)鋼(gang)(gang)高(gao)出23％，則(ze)在(zai)-269℃時(shi)(shi)(shi)(shi)含氮(dan)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)則(ze)較(jiao)(jiao)含碳(tan)鋼(gang)(gang)高(gao)出300％。因此(ci)，高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)可用于制作超導(dao)磁體(ti)的外(wai)殼，但應注(zhu)意，高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)低(di)溫時(shi)(shi)(shi)(shi)會出現韌(ren)脆轉(zhuan)變溫度(du)，如果(guo)高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)中加(jia)入適量(liang)的Mo和(he)Ni則(ze)可以改善低(di)溫時(shi)(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang)的韌(ren)性(xing)，同(tong)時(shi)(shi)(shi)(shi)降低(di)鋼(gang)(gang)的屈(qu)服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度(du)。
冷(leng)變(bian)形是提高(gao)奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)強(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)有(you)效手段，其效果(guo)遠高(gao)于固溶(rong)強(qiang)(qiang)化(hua)。冷(leng)變(bian)形對于高(gao)氮奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)強(qiang)(qiang)化(hua)效果(guo)尤為顯著。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮1.07％和冷(leng)變(bian)形量(liang)為50％時， 可(ke)使鋼(gang)(gang)的(de)屈服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)超過2000MPa。氮還增加鋼(gang)(gang)的(de)形變(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)率，但(dan)對鋼(gang)(gang)的(de)形變(bian)強(qiang)(qiang)化(hua)指數n的(de)影響較小。
在奧氏(shi)體(ti)不銹鋼中(zhong)加入氮(dan)可(ke)以顯(xian)著地提高奧氏(shi)體(ti)的穩定性，有效地抑制在變形過程中(zhong)a'和ε（hcp）馬氏(shi)體(ti)的形成(cheng)，甚至在低溫(wen)時(shi)也不會出(chu)現a'馬氏(shi)體(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(dang)全部(bu)氮原(yuan)子間(jian)隙固溶于(yu)奧氏體中時，鋼(gang)顯示出(chu)良(liang)好的(de)強(qiang)度(du)和韌性(xing)(xing)，但當(dang)有氮化物析(xi)出(chu)時，將導致(zhi)鋼(gang)的(de)脆性(xing)(xing)出(chu)現，特別是在晶界和亞晶界析(xi)出(chu)的(de)氮化物對(dui)鋼(gang)的(de)沖擊韌性(xing)(xing)和動(dong)態應(ying)變的(de)塑(su)性(xing)(xing)十分(fen)有害，但對(dui)鋼(gang)的(de)屈服強(qiang)度(du)和抗拉強(qiang)度(du)的(de)影響較(jiao)小。
關于氮元素對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼耐蝕性能(neng)的(de)影響在9.5.2、9.6.2.3等(deng)節中已有論(lun)述，但高(gao)氮奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼中氮對(dui)耐蝕性能(neng)的(de)影響報道較少。
