節(jié)鎳型不銹鋼的開發(fā)研究

1、節(jié)鎳型不銹鋼的開發(fā)研究我國合金元素鎳的供給量逐年減少，在不銹鋼生產(chǎn)中為滿足奧氏體組織的高強(qiáng)度面心立方體鋼的需要，在AOD轉(zhuǎn)爐上使用氮作為代替不同合金進(jìn)行不銹鋼的合金化。氮不僅使用在奧氏體鋼中，也應(yīng)用在雙相鋼中，用氮和錳的復(fù)合合金代替昂貴的鎳還具有提高氮溶解度的優(yōu)點(diǎn)。高強(qiáng)度不銹鋼一般泛指強(qiáng)度高于通用奧氏體鉻鎳不銹鋼，特別是強(qiáng)度高于雙相不銹鋼的材料，一般包括沉淀硬化不銹鋼、馬氏體時(shí)效不銹鋼和鐵素體時(shí)效不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼的強(qiáng)度高，耐蝕性不低于304不銹鋼，但韌性及冷成型性較差。馬氏體時(shí)效不銹鋼的冷熱加工性、低溫韌性以及強(qiáng)韌性配合均較好，但其耐蝕性較差；鐵素體時(shí)效不銹鋼具有較高的耐蝕性，但強(qiáng)度一般

2、不超過1000MPa。為了在節(jié)約鎳的情況下，開發(fā)高強(qiáng)度的不銹鋼，通常以錳和氮等元素部分或全部替代鎳，因?yàn)殄i和氮等元素可以部分或全部代替奧氏體不銹鋼中鎳，且是最經(jīng)濟(jì)方法，而碳有敏化鋼的趨勢，銅有熱脆性的問題，都不是合適元素。錳是最有前景的元素，然而對于鉻含量高于12%的不銹鋼，只加錳不能穩(wěn)定奧氏體，需要兩倍的錳含量才能彌補(bǔ)每單位的鎳含量，這是形成200系列不銹鋼合金成份的基礎(chǔ)。不銹鋼中鎳含量減少相當(dāng)于錳含量增加，一般在大氣情況下，生產(chǎn)這樣高鉻高錳鋼，由于錳對氮的相互作用參數(shù)為負(fù)值，且作用的同時(shí)約需要0.2%的增氮量，這導(dǎo)致了含鉻量12%-18%的不銹鋼產(chǎn)生。1節(jié)鎳型不銹鋼的特點(diǎn)節(jié)鎳型不銹鋼主要是

3、指200系列不銹鋼。200系列和400系列也是節(jié)約型、緩解鎳資源短缺的不銹鋼。為降低奧氏體不銹鋼的成本，節(jié)鎳型不銹鋼的開發(fā)受到重視，如用N來部分替代鎳，但N只有在固溶狀態(tài)下才能發(fā)揮其奧氏體穩(wěn)定作用。Cr和Mo元素可以增加鋼液中N的固溶度，在得到較高含N量的同時(shí)，還可以加入一定數(shù)量的錳元素。奧氏體不銹鋼按成分可分為Cr-Ni系和Cr-Mn-N系兩個(gè)系列。300系列(Cr-Ni系)不銹鋼是最早開發(fā)的奧氏體不銹鋼，其代表鋼種為304和316，該系列鋼中含有足夠的Cr和Ni元素，通過較高Ni元素的加入來獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，這類鋼的特點(diǎn)是在室溫和低溫下都具有良好的塑性和韌性、高的彈性模數(shù)、低的熱導(dǎo)率、

4、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率及良好的可焊接性能和耐腐蝕能力。雖然這類鋼的機(jī)械性能比較低，且和鐵素體不銹鋼一樣不能通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，但可以通過冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它的強(qiáng)度，這種鋼缺點(diǎn)是對晶問腐蝕及應(yīng)力腐蝕比較敏感，需要通過添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪丶肮に嚧胧┻M(jìn)行消除。這種鋼為了獲得特殊性能，可在鋼液中添加其它元素，如Si元素含量一般在1.3時(shí)，可顯著提高鋼的抗氧化能力。為了提高不銹鋼的層錯(cuò)能，可在節(jié)約Ni元素的同時(shí)，可適當(dāng)添加Cu元素；為防止晶界貧Cr和產(chǎn)生晶間腐蝕現(xiàn)象，在不銹鋼中添加Ti、Nb等元素以穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)；為提高鋼的抗點(diǎn)腐蝕能力，可在鋼中添加一定量的Mo元素，這對促進(jìn)固溶強(qiáng)化作用是十分有

5、利的。200系列(Cr-Mn-N系)奧氏體不銹鋼具有高M(jìn)n、N低Ni的特點(diǎn)，是為節(jié)約Ni資源而開發(fā)出來的，它的奧氏體化元素除Mn之外還有N，其中Ni含量低于300系列不銹鋼，鋼中Mn元素起穩(wěn)定奧氏體的作用。由于N是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體的元素，且能起到很好的固溶強(qiáng)化作用，提高了奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度，因此這個(gè)系列的不銹鋼，適宜在承受較重負(fù)荷而耐蝕性又要求不太高的設(shè)備和部件上使用。節(jié)鎳型Cr-Ni-N系奧氏體不銹鋼因?yàn)槠渚哂械玩?、低成本的特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，但是由于其成份與傳統(tǒng)的Cr-Ni系奧氏體不銹鋼不同，因此該系列不銹鋼在軋制過程中容易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。這種產(chǎn)品質(zhì)量的產(chǎn)生與凝固模式有關(guān)，奧氏體不銹

6、鋼的凝固模式主要由化學(xué)成分決定，同時(shí)受冷卻速度的影響。1.1 400系列節(jié)鎳型不銹鋼的特性（1）從節(jié)Ni角度而言，400系列鐵素體不銹鋼具有耐大氣腐蝕性能，且其加工性能和耐高溫性能都非常優(yōu)良，完全可以替代304的部分應(yīng)用，應(yīng)該說大量生產(chǎn)和使用鐵素體型不銹鋼是節(jié)約Ni合金、發(fā)展不銹鋼的方向和出路。（2）鐵素體不銹鋼含碳量一般較低在0.12%以下，含有Cr量一般為 12%-30%，較馬氏體的鉻含量高，其結(jié)構(gòu)組織基本上是鐵素體，它在加熱到較高溫度時(shí)只有一小部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，大部分仍為鐵素體。含鉻較高的鋼在加熱過程中一般不發(fā)生相變，鋼中含鉻量越高，則其塑性和耐蝕性就越高，但這種鋼在退火或正火后的組織為

7、鐵素體及少量的碳化物組成，碳含量越高則其硬度和耐磨性就越高。當(dāng)鐵素體不銹鋼中鉻含量超過17%時(shí)，會在475時(shí)發(fā)生脆性、相脆性及高溫脆性現(xiàn)象。（3）不銹鋼中鉻含量為12%-18%和碳含量為0.1-0.4%時(shí)，其正火后的組織基本上是馬氏體不銹鋼；1.2 200系列節(jié)鎳型不銹鋼特點(diǎn)和性能200系列節(jié)鎳型不銹鋼是以Mn、N代替部分Ni，部分鋼種中還加入了少量的Cu以提高鋼的腐蝕性能。對于具有耐蝕性的鋼，要求鉻含量最低為12%，所有工業(yè)化生產(chǎn)的奧氏體鋼鉻含量一般為18%。在不銹鋼中鉻含量18%的情況下，生產(chǎn)完全奧氏體鋼要求最低的鎳含量為8%，以18%鉻為界限增加或降低鉻含量都會影響到昂貴鎳含量的增加，而

8、18%鉻及8%鎳成份的鋼是完全的奧氏體鋼，并且由于低溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)的停滯，在室溫下完全保留了奧氏體組織。200系列不銹鋼的性能特點(diǎn)：1）對于奧氏體不銹鋼，雖然塑性良好，但變形抗力大，為了便于進(jìn)行熱加工，就不得不在熱加工前加熱到較高的溫度，否則在軋制過程中，將因?qū)挾仍黾樱菀壮霈F(xiàn)制耳等缺陷。2）錳鋼屬于本質(zhì)粗晶粒鋼，本質(zhì)粗晶粒鋼在700-800時(shí)晶粒開始長大，但本質(zhì)細(xì)晶粒鋼在930-950溫度下尚不足長大，只有在超過這個(gè)溫度以后才開始粗化，并隨著溫度的升高，它的長大趨勢比本質(zhì)粗晶粒還要大。3）對于鋼的晶粒粗大，加熱溫度及加熱時(shí)間有著決定性的作用。合金元素有增大晶粒長大的傾向，按其影響程度的強(qiáng)弱順序

9、為Mn、P和C。減少晶粒長大傾向的元素有V、Ti、Ai、Zr、W、Mo、Cr、Si和Ni，大多數(shù)合金鋼的過熱敏感性都要比碳鋼低。4）奧氏體不銹鋼當(dāng)鉻含量低于6-7%時(shí)，在冷態(tài)塑性變形過程中容易發(fā)生因奧氏體不穩(wěn)定而誘發(fā)的馬氏體轉(zhuǎn)變使鋼硬化。5）奧氏體不銹鋼當(dāng)含碳量大于0.06%時(shí)，在溫度為500-600時(shí)慢冷或長時(shí)間加熱時(shí)，容易沿晶界析出鉻的碳化物。6）不銹鋼在進(jìn)行焊接時(shí)，熱影響區(qū)溫度在600-800時(shí)最容易產(chǎn)生晶間腐蝕。2 合金元素對節(jié)鎳型不銹鋼組織的影響在節(jié)鎳型不銹鋼中，一般含有鉻、鎳、氮、銅、錳等主要元素，現(xiàn)對各元素作用分別說明如下：2.1鉻的影響1）鉻是不銹鋼獲得耐腐蝕性能的主要合金元素

10、，對耐蝕性起著決定作用，且對于氧化性環(huán)境特別有效。鋼中添加鉻后會在鋼的表面形成一種化學(xué)配比為(Fe、Cr)2O3的致密氧化物膜，起到強(qiáng)烈的鈍化作用；鉻又能提高鋼在電介質(zhì)中的電極電位，提高鋼的點(diǎn)蝕電位值，降低鋼對點(diǎn)蝕的敏感性，當(dāng)Cr與Mo配合使用時(shí)，不銹鋼抗點(diǎn)蝕效果更好。因此，鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般高于10.5的鋼就被認(rèn)為在大氣環(huán)境中是不銹的，但在腐蝕性介質(zhì)中要形成穩(wěn)定的氧化物還需要更高的鉻含量。2）鉻是一種鐵素體形成元素，當(dāng)鉻含量超過12.7時(shí)，F(xiàn)e.Cr合金變成單一的鐵素體組織，3）鉻是一種很強(qiáng)的碳化物形成元素，最主要的碳化物是M23C6，其中M主要是鉻。不銹鋼中能形成Cr7C3型碳化物、復(fù)合碳化物

11、和碳氮化物M13(CN)6等。鉻可與氮形成氮化物，最常見的化合物是Cr2N。4）鉻是形成金屬間化合物的重要成份，而金屬間化合物有使不銹鋼催化的傾向，最常見的是相，在Fe.Cr系中這是一種在815以下形成的(Fe、Cr)化合物。相可以在任何一種不銹鋼中形成，但是在高鉻奧氏體、鐵素體和雙相不銹鋼中最為普遍。此外，鉻也存在于相和Laves相金屬間化合物中。5）鉻由于在晶格中作為置換原子，因而可以起到固溶強(qiáng)化的作用。但當(dāng)鋼中碳和氮共存時(shí)，較高的含鉻量可使鋼的韌性和塑性急劇變差，因而，高鉻含量的鐵素體鋼中應(yīng)把碳和氮含量降得較低。2.2鎳的影響鎳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，在不銹鋼中鎳與鉻配合，可獲得單相奧氏體

12、組織，使鋼具有更好的耐蝕性、良好的成形性能和焊接性能。鎳能使合金表面鈍化，擴(kuò)大鋼在酸中的鈍化范圍，但不能改善鋼對稀硝酸的耐蝕性，它能提高不銹鋼抗硫酸、鹽酸等腐蝕介質(zhì)的性能，是耐蝕鋼的主要合金元素。如果單獨(dú)使用鎳作為合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高達(dá)24才能得到完全奧氏體組織，而在低碳高鉻不銹鋼基礎(chǔ)上加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)9的鎳，即可獲得耐蝕性、綜合力學(xué)性能較好、室溫下穩(wěn)定的奧氏體組織，既能滿足鋼的耐蝕性要求，又能提高鋼的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，成為優(yōu)良綜合性能的鋼種。2.3碳的影響碳是奧氏體形成元素，碳對提高奧氏體鋼耐熱性有重要作用，但碳對不銹鋼的耐蝕性不利，這是因?yàn)樘际且环N強(qiáng)烈的碳化物形成元素，在不同溫度下碳與

13、鉻能形成多種化合物如Cr23C6、Cr7C3、(FeCr)23C6等。碳在不銹鋼中大多數(shù)能形成(FeCr)23C6混合化合物及M23C6。在鐵素體不銹鋼或鉻鎳奧氏體不銹鋼中，若碳在過飽和情況下受到適當(dāng)溫度加熱，則會發(fā)生碳化物M23C6析出。這些固溶體層的鉻碳化合物最容易在晶界處生成。在較高碳含量且鋼中Cr<12時(shí)，晶粒邊界就會出現(xiàn)貧鉻，即減少了晶界上鉻的有效含量，導(dǎo)致鋼的耐腐蝕性能降低，產(chǎn)生晶間腐蝕。因而碳是降低耐腐蝕性的一種有害元素，在不銹鋼中應(yīng)盡量控制碳的含量。2.4錳的影響1）錳是鋼中普遍存在的一種元素，在奧氏體不銹鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在1-2范圍內(nèi)，而在鐵素體和馬氏體不銹鋼中其質(zhì)

14、量分?jǐn)?shù)通常低于1。歷史上加入錳是為了防止鑄造時(shí)的熱脆性，這種熱脆性是由于形成了Fe.S低熔點(diǎn)共晶組分而導(dǎo)致產(chǎn)生了凝固裂紋。因?yàn)殄i比鐵更容易與硫結(jié)合，添加足夠的錳會形成穩(wěn)定的硫化錳(MnS)，從而有效地消除熱脆性問題。2）錳與鎳一樣是奧氏體形成元素，Mn可以擴(kuò)大相區(qū)，使-轉(zhuǎn)變線向低溫方向移動。所以，在低溫時(shí)，錳可以有效地穩(wěn)定奧氏體，阻止奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但在高溫時(shí)，錳能促使鋼形成奧氏體的能力取決于鋼的總體成份。在奧氏體不銹鋼（如304鋼）中，相對于鐵素體來說，錳在促使奧氏體形成方面沒有特殊作用。3）有時(shí)在一些專門的合金中加入錳是為了增加氮在奧氏體中的溶解度，例如在Fe.20Cr合金鋼中加入質(zhì)量

15、分?jǐn)?shù)為15的錳可以使氮的溶解度從O.25提高到0.4左右。4）在高錳鋼中，若含碳量過低，會使鋼的耐磨性降低；含碳量過高，又將損壞鋼的韌性；含錳量過低，鋼的強(qiáng)度、韌性達(dá)不到要求；錳含量過高又會在加熱時(shí)產(chǎn)生縮孔或裂紋。5）高錳鋼會產(chǎn)生較大的脆性是因?yàn)樘蓟镅鼐Ы缥龀?，其加熱溫度不能過高，否則引起奧氏體晶粒的長大，同時(shí)加熱速度應(yīng)該緩慢，因?yàn)槠鋵?dǎo)熱系數(shù)只有碳鋼的1/3，而膨脹系數(shù)是碳鋼的2倍，若加熱速度太快，容易使鑄件產(chǎn)生裂紋，其700以前應(yīng)緩慢加熱。高錳鋼在使用過程中容易產(chǎn)生變形或斷裂，是因?yàn)樵谄浼訜岬倪^程中產(chǎn)生了較多的氧化及脫碳，表面得不到純奧氏體組織，容易產(chǎn)生氣泡或裂紋所致。2.5銅的影響不銹鋼

16、中銅對氧的親和力小，在生成鐵磷的過程中，銅會在形成的鐵磷層下富集，這是由于銅通過滲透進(jìn)入晶界。這種銅的富集會導(dǎo)致低熔點(diǎn)鐵、銅共晶形成，并導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。但是當(dāng)鉻含量較高時(shí)，例如在奧氏體的鉻、鎳鋼中，薄而且附著良好的鐵磷層抑制了銅的這一不利影響。2.6硅的影響硅作為一種不銹鋼的合金元素，由于其含量在4-5時(shí)大大提高了奧氏體C、Ni不銹鋼耐強(qiáng)酸的抗腐蝕性而顯示出其重要性。在鉻和鉻的耐熱鋼中，加入l-3的Si可以提高抗氧化性。在奧氏體不銹鋼中硅含量在1以下時(shí)對相平衡沒有什么重要影響，而更高的硅含量會促使鐵素體形成。當(dāng)硅含量大于5時(shí)，就會出現(xiàn)了許多脆硬的鐵硅化合物(Fe3Si，F(xiàn)e2Si，F(xiàn)e5S

17、i，F(xiàn)eSi)，這對不銹鋼是有害的。3 非金屬元素對節(jié)鎳型不銹鋼組織性能的影響節(jié)鎳型不銹鋼中非金屬元素主要是指氮和碳元素的作用。氮和碳原子占據(jù)了面心立方體的八面體位置，能提供較大的體積。這個(gè)位置上間隙導(dǎo)致的變形不改變立方體的對稱。氮原子半徑比碳原子小，而氮在鐵的面心立方體與碳相比晶格膨脹大、金屬特性強(qiáng)。晶格的膨脹提高了奧氏體強(qiáng)度。氮排斥碳的這種特殊行為是由于合金中最外層電子軌道復(fù)雜的變化所引起的。 高氮鋼與碳鋼的主要區(qū)別：高氮鋼優(yōu)于碳鋼可能與原子、電子水平有關(guān)，氮在奧氏體的溶解度大于碳，但溶解氮與碳不同，氮可加強(qiáng)局部耐腐蝕能力，氮化物在基體中均勻分布而不像碳偏向晶界擇優(yōu)分布，并且在氮鋼中沒有脆

18、性相，由于氮原子的存在，提高了原子間結(jié)合鍵的金屬鍵屬性，而碳原子只是共價(jià)鍵。3.1氮在節(jié)鎳型不銹鋼中的作用發(fā)展高氮合金鋼的主要?jiǎng)恿υ谟谀芴岣卟讳P鋼的力學(xué)性能和耐蝕性，相比一般奧氏體不銹鋼，高氮不銹鋼可以達(dá)到較高的屈服和拉伸強(qiáng)度。不銹鋼通過加氮實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能及耐蝕性的改善，并且通過控制氮的加入量影響其它性能，如奧氏體穩(wěn)定性、磁性和熱膨脹性等，從而擴(kuò)大了高氮鋼的應(yīng)用領(lǐng)域。200系列節(jié)鎳型不銹鋼一般都含有氮。鋼中加入氮有很大的好處，氮不僅能提高鋼的力學(xué)性能，而且還能改善鋼的耐腐蝕性能。因此，在奧氏體不銹鋼中，氮可以降低鎳的含量，通過氮來提高屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及塑性，同時(shí)改善耐蝕點(diǎn)、耐縫隙腐蝕及耐磨損的

19、性能。一般認(rèn)為，氮在鋼中含量超過一定量時(shí)，就屬于有害成份，例如在高強(qiáng)度低合金鋼中，通常氮的含量為50mmg/kg，但是，當(dāng)?shù)窟_(dá)到150-200 mg/kg，卻可很好地改善鋼的力學(xué)性能。由于含氮鋼具有良好的力學(xué)性能及耐蝕性、耐氧化和耐磨性能，高氮鋼越來越廣泛地應(yīng)用于能源、鋼鐵等領(lǐng)域。在奧氏體不銹鋼（18% Cr-9% Ni）中，提高Ni和Mo的含量，可提高鋼的屈服強(qiáng)度。在抗腐蝕方面，要求盡量減少C的含量，但卻導(dǎo)致鋼的屈服強(qiáng)度降低，而鋼中加人N及提高M(jìn)o的含量可彌補(bǔ)這一不足。N是最有效的固溶強(qiáng)化元素，Mn和Cr可提高N在鋼中的溶解度，固溶N對奧氏體鋼抗拉強(qiáng)度的影響大于對屈服強(qiáng)度的影響。加N奧氏

20、體不銹鋼在強(qiáng)度提高的同時(shí)，對塑性和韌性影響卻不大。奧氏體不銹鋼的抗蠕變性能隨氮含量的增加而提高，其原因是由于彌散強(qiáng)化作用的增強(qiáng)，特別是鋼中含有Nb時(shí)，生成Nb(CN)彌散強(qiáng)化相。在鋼中加入氮，可以非常強(qiáng)烈地形成并穩(wěn)定奧氏體組織且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，顯著提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度而其斷裂韌性并不降低，提高奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能，特別是耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕。由于不銹鋼煉鋼條件的限制，在大氣壓下能加入的氮濃度非常低，因此作用不明顯，不足以引起冶金學(xué)家和材料學(xué)家的重視。隨著加壓冶金技術(shù)的發(fā)展，氮作為強(qiáng)烈間隙元素，以其廉價(jià)、易得等特點(diǎn)再次引起人們的重視。氮作為合金元素加入不銹鋼中，可提高

21、奧氏體的穩(wěn)定性，平衡雙相鋼中的雙相比例，并在不影響鋼的塑性和韌性情況下提高鋼的強(qiáng)度，部分代替不銹鋼中的鎳。1）氮是強(qiáng)烈的奧氏體形成和穩(wěn)定元素，在奧氏體不銹鋼中利用氮來部分取代或與錳元素結(jié)合來完全取代貴金屬鎳，可以更加穩(wěn)定奧氏體組織，在顯著提高不銹鋼強(qiáng)度的同時(shí)不損害其延伸性，而且能夠提高不銹鋼的耐局部腐蝕能力（如晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等）。同時(shí)，氮在自然界大量存在，成本低廉，正是由于不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量和成本方面的雙收益，近年來高氮低鎳奧氏體不銹鋼的研究已成為材料科學(xué)與工程學(xué)科中一個(gè)十分活躍的前沿領(lǐng)域。2）N對奧氏體不銹鋼抗各種酸腐蝕能力影響微弱且規(guī)律不明顯。N能明顯提高含Cr、Ni、Mo、N的奧

22、氏體以及雙相不銹鋼的抗點(diǎn)腐蝕性能。N在提高點(diǎn)蝕發(fā)生臨界溫度方面，1%的N作用效果與30% Cr相當(dāng)。N可提高鋼的點(diǎn)蝕電位，但0.15-0.3%的N及3%的Mo綜合作用又大幅度提高點(diǎn)蝕電位，可見Mo能提高含N鋼的抗點(diǎn)蝕能力。3）氮元素可促使不銹鋼形成奧氏體組織。在Ni當(dāng)量（表示鋼中奧氏體的形成傾向）計(jì)算中，N當(dāng)量是Ni的30倍，因此目前有些鋼種可用廉價(jià)的Mn、N替代貴重金屬Ni，以獲得奧氏體不銹鋼。4）氮作為固溶強(qiáng)化元素能提高奧氏體不銹鋼強(qiáng)度，但不明顯損害鋼的塑性和韌性。每加入0.10氮可提高鉻鎳奧氏體不銹鋼的室溫強(qiáng)度60-100 MPa左右。5）氮可以明顯提高不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能。氮不但能抑制點(diǎn)

23、蝕的發(fā)生，也可減小點(diǎn)蝕的溶解速度。在一些標(biāo)準(zhǔn)鋼種中，對于殘余氮量，有的進(jìn)行上限控制，使其達(dá)到0.050.07水平，提高了實(shí)物產(chǎn)品的耐蝕性。6）當(dāng)N含量小于0.16時(shí)，由于Cr2N能抑制Cr23C6沿晶界析出，可以提高奧氏體不銹鋼耐晶界的腐蝕性能。7）氮作為奧氏體形成元素，對雙相不銹鋼有重要作用：(a)在焊接接頭熱影響區(qū)快速冷卻時(shí)，氮促進(jìn)高溫下形成的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)樽銐虻亩螉W氏體，以維持必要的相平衡，提高接頭的耐蝕性；(b)氮可以提高高氮奧氏體相的耐孔蝕能力，與高鉻、鉬的鐵素體相平衡，并提高材料整體的耐蝕性能；(C)氮能減輕鉻、鎳等元素在兩相中的分布差異，降低選擇腐蝕的傾向性。8）氮含量的影響鋼的

24、氮含量及溫度對晶粒有重要影響。隨含氮量的增加，晶粒尺寸強(qiáng)化作用更加有效，而高溫下氮的這種作用變小甚至消失。加氮后鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度升高，伸長率略有降低，這是由于氮的間隙強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化造成的。氮作為固溶強(qiáng)化元素可以提高奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度，而且并不顯著損害鋼的塑性和韌性。氮的強(qiáng)化效應(yīng)比碳強(qiáng)，加入0.1的氮可使Cr.Ni奧氏體不銹鋼的室溫強(qiáng)度(,0.2)提高約60-100MPa。氮在節(jié)鎳型不銹鋼中的作用最主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即對不銹鋼組織的影響、對不銹鋼力學(xué)性能的影響和對不銹鋼耐蝕性能的影響。1）氮在不銹鋼中的有利作用不銹鋼中氮合金化的影響是雙重的，氮在不銹鋼中存在有害和有利正反兩方面的作用。氮

25、像碳一樣以間隙形式強(qiáng)化奧氏體，但不會像碳會導(dǎo)致晶間碳化物的析出，這是在奧氏體及雙相不銹鋼中應(yīng)用氮做為奧氏體穩(wěn)定劑的原因之一。除此之外，氮還有其它優(yōu)點(diǎn)，使得高氮合金的使用比其它合金更為有利，這些優(yōu)點(diǎn)包括：（1）屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延展性好；（2）同時(shí)具備高強(qiáng)度與高斷裂韌性；（3）較高的應(yīng)變硬化潛力；（4）可阻止形成誘導(dǎo)馬氏體的產(chǎn)生；（5）低磁導(dǎo)率；（6）良好的耐蝕性能；（7）氮作為合金化元素，使其成本降低。（8）氮對奧氏體具有穩(wěn)定性作用；（9）氮具有固溶強(qiáng)化作用；（10）氮具有細(xì)化晶粒作用；（11）氮能提高加工硬化系數(shù)；（12）氮能提高耐點(diǎn)蝕性能；（13）氮能提高耐縫隙腐蝕性能；（14）氮是高強(qiáng)

26、度和耐應(yīng)力開裂的必要元素。氮的合金化一般在奧氏體、馬氏體和雙相不銹鋼中起作用。氮在奧氏體鋼中有節(jié)約鎳的附加效益。氮在奧氏體不銹鋼中的含量范圍為0.15%-0.5%，這時(shí)氮對自由電子濃度影響最大，鎳、銅、鋁、硅能提高自由電子濃度，而錳、鉻、鉬減少自由電子濃度。2）氮在不銹鋼中的不利作用（1）在鐵素體不銹鋼中，氮能惡化晶間腐蝕、低溫沖擊韌性、缺口敏感性和焊接等性能。由于不銹鋼鋼液中氮的飽和溶解度較大，當(dāng)在冶煉過程中加入的鉻鐵含氮量又較高時(shí)，很容易造成不銹鋼中氮含量偏高。（2）在奧氏體不銹鋼中，氮在一定條件下有有害作用。氮會顯著降低奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕性能，含氮量大于0.16的奧氏體不銹鋼，由于晶

27、間析出Cr2N而對晶間腐蝕不利（相反，N含量小于0.16時(shí)，由于抑制Cr23C6沿晶界析出，對晶間腐蝕是有利的）。（3）氮在含鈦不銹鋼中，由于生成TiN夾雜，嚴(yán)重影響成品和坯料表面質(zhì)量。當(dāng)連鑄坯鈦、氮含量分別控制在0.3和0.012以下時(shí)，可有效地解決鋼的表面質(zhì)量問題。3）氮對節(jié)鎳型不銹鋼耐蝕性的影響一般而言，具有良好抗點(diǎn)蝕能力的不銹鋼也具有良好的抗縫隙腐蝕能力。奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，如均勻腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕性能，但它能在高溫環(huán)境中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。氮作為合金元素加人不銹鋼中，可提高奧氏體穩(wěn)定性、平衡雙相鋼中相的比例，在不影響鋼的塑性和韌性情況下提高鋼的強(qiáng)度，并可部分代替不銹鋼

28、中的Ni。不銹鋼煉鋼中的AOD和VOD等精煉技術(shù)的應(yīng)用，為生產(chǎn)純凈的含氮超低C奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等提供了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。氮除了對馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能有影響外，它對不銹鋼的耐蝕性也有一定的影響。到目前為止，人們對于氮對馬氏體不銹鋼耐蝕性方面的研究已經(jīng)有了一定的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，馬氏體不銹鋼中添加氮可以增強(qiáng)其在一些環(huán)境中的耐腐蝕能力，對其耐腐蝕性有一定的促進(jìn)作用。 氮改善不銹鋼耐腐蝕性的機(jī)理主要是因?yàn)椋海?）溶解在表面附近的氮可形成NH4+離子，使金屬表面點(diǎn)蝕處的pH值提高，局部處表面重新鈍化；（2）由于保護(hù)性的氧-氮化物薄膜的形成和Cr、Mo元素的偏聚使鈍化層加強(qiáng)；（3）延緩

29、了高Cr碳化物在基體中的形核和(或)長大。4）氮對節(jié)鎳型不銹鋼組織的影響氮是強(qiáng)烈的奧氏體穩(wěn)定化元素。不銹鋼中加人氮會抑制鋼中鐵素體相的形成，顯著降低鐵素體的含量，使奧氏體相更加穩(wěn)定，甚至在劇烈冷加工硬化條件下避免發(fā)生應(yīng)力而誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變。為了獲得完全的無磁性的奧氏體組織，應(yīng)合理選擇各合金元素的成分配比，但過高的氮含量會造成高氮鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度的升高。為了確保鋼的韌性，氮含量一般不應(yīng)超過11.2。鋼中鉻和鉬的加入可以提高鋼的氮溶解度和耐蝕性，而錳的加入則會明顯提高氮的固溶度。高氮不銹鋼的顯微組織與氮的含量有關(guān)。當(dāng)?shù)砍^奧氏體的固溶極限時(shí)就會以氮化物形式析出，一般認(rèn)為是氮還可以阻礙有害金屬間相及

30、碳化物的析出，其原因是氮在這些相中具有低溶解度或能減緩Cr、Mo原子的擴(kuò)散。氮提高不銹鋼強(qiáng)度的途徑主要有三種；固溶強(qiáng)化、晶粒尺寸強(qiáng)化和形變硬化。與普通的AIS1304鋼相比，在相同晶粒大小的情況下，氮的加入明顯提高了鋼的機(jī)械抗力。氮對奧氏體不銹鋼的形變硬化作用也很顯著，氮的增加會導(dǎo)致滑移平面和形變孿晶增加，而活躍的滑移面和攣晶層能有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動和孿晶擴(kuò)展，從而強(qiáng)烈地增大了奧氏體鋼的形變硬化率。 氮對鋼的強(qiáng)化效應(yīng)比碳和其它合金元素更強(qiáng)的原因在于：氮在鋼中以間隙固溶形式存在，其原子占據(jù)在八面體間隙位置，因此氮原子更易于在固溶體中均勻分布。鐵基和氮化物之間的界面能小于鐵基和碳化物之間的界面能，所以

31、氮化物更易形成彌散的細(xì)小強(qiáng)化相。氮降低奧氏體中密排不完全位錯(cuò)，限制了含間隙雜質(zhì)原子團(tuán)的位錯(cuò)運(yùn)動。3.2氮對節(jié)鎳型不銹鋼性能的影響奧氏體不銹鋼具有良好的韌性、抗均勻腐蝕、抗局部腐蝕(點(diǎn)蝕、縫隙等)性能，然而，奧氏體不銹鋼(如AISI304L,316L)在高溫環(huán)境中，容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，此時(shí)適合采用高鎳不銹鋼和鐵素體不銹鋼，但用Ni合金化的奧氏體不銹鋼成本昂貴，而鐵素體不銹鋼韌性和厚鋼板焊接性能差。因此介于二種之間(奧氏體和鐵素體不銹鋼)的雙相不銹鋼被研制出來，它具有較好的力學(xué)性能與抗腐蝕性能(包括應(yīng)力腐蝕性能)。雙相不銹鋼成份范圍寬，可針對不同使用條件進(jìn)行選材，且價(jià)格低廉。近年來，隨著低碳、超

32、低碳奧氏體不銹鋼、雙相鋼的大量生產(chǎn)，強(qiáng)度不足已成為限制此類鋼使用的主要問題，如何保證降碳后鋼的強(qiáng)度維持或超過原有的性能指標(biāo)，己成為一個(gè)重要課題。雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度大約是不含氮的常用奧氏體不銹鋼的二倍，含N雙相鋼的抗拉強(qiáng)度700-900MPa，延伸率大于20%。而在雙相不銹鋼中，提高N含量并不總會提高屈服強(qiáng)度，因雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度取決于較軟相的屈服強(qiáng)度。鋼中N含量的增加對雙相鋼的抗腐蝕性能有重要影響。合金元素Mo含量的降低對腐蝕性能的不利影響可以通過N含量增加來彌補(bǔ)，高N含量的雙相鋼具有良好的抗均勻腐蝕及局部腐蝕性能。由于雙相不銹鋼將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良特性和焊接性與鐵素體不銹鋼具有的較

33、高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，具有三大顯著特點(diǎn)：一是較高的屈服強(qiáng)度，二是優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕開裂、晶間腐蝕、點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能，三是有較大的經(jīng)濟(jì)效益。因而，雙相不銹鋼近年來已成為國際上不銹鋼鋼種開發(fā)的重點(diǎn)，越來越受到廣泛重視。由于氮在雙相不銹鋼中的特殊作用，新一代雙相不銹鋼（超級雙相不銹鋼）成分設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)呈現(xiàn)含碳量低（0.01-0.02）、含鋁量高（3.0-5.0）和含氮量高（0.2-0.3）的特點(diǎn)。對馬氏體鋼強(qiáng)度影響最大的因素是間隙原子含量。隨著間隙原子如C、N含量的增高，馬氏體的強(qiáng)度增加。C、N原子對馬氏體組織的硬度影響規(guī)律相同，即間隙原子濃度低時(shí)，隨濃度值的升高硬度增高，當(dāng)濃度繼

34、續(xù)升高時(shí)，硬度反而降低。（1）氮對馬氏體不銹鋼組織結(jié)構(gòu)的影響氮在馬氏體不銹鋼的有益作用主要有：氮在顯著提高不銹鋼強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度）的同時(shí)，并不降低鋼的塑性和韌性，可以同時(shí)具備高強(qiáng)度和高斷裂韌性，氮也可以提高不銹鋼的抗蠕變、抗疲勞、耐磨損以及低溫性能等，氮具有強(qiáng)烈抑制脆性相析出的作用，它提高了不銹鋼的耐蝕性，主要表現(xiàn)在耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕方面。氮在馬氏體不銹鋼中以間隙原子形式存在，它與其它元素形成的氮化物分布于晶界上，能提高鋼的硬化能力，防止高溫回火時(shí)奧氏體和鐵素體晶粒的長大，這對馬氏體不銹鋼的強(qiáng)度有很大的影響，并隨著間隙原子的含量增加，馬氏體不銹鋼的強(qiáng)度提高。為了提高馬氏體不銹鋼的耐蝕性和

35、焊接性能，最有效的方法是降低鋼中的碳含量，從而出現(xiàn)了超低碳含氮馬氏體不銹鋼。氮元素的加入對提高馬氏體不銹鋼的耐蝕性有一定的作用，尤其是對提高馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能作用較為明顯，并且在未來不銹鋼的發(fā)展過程中有代替金屬鎳的趨勢。應(yīng)該指出，雖然氮的引入可顯著改善鋼的性能，但并不是氮含量越高越好，而是存在著最佳含氮量。（2）氮對馬氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響氮在鋼中的作用除了部分替代金屬鎳外，主要是作為固溶強(qiáng)化元素提高了不銹鋼的強(qiáng)度，而且并不顯著損害鋼的塑性和韌性，氮元素提高鋼的強(qiáng)度作用比碳及其他合會元素強(qiáng)，氮減少奧氏體中密排的不全位，限制了含間隙雜質(zhì)原子團(tuán)的位錯(cuò)運(yùn)動。馬氏體不銹鋼可以通過滲氮處理來提高其

36、摩擦和磨損性能，但是硬度的提高會伴隨著抗腐蝕能力的降低，特別是在高溫環(huán)境下(>400)。利用離子表面注入改性技術(shù)可以得到一層高氮層，從而提高表面硬度、耐磨性及抗蝕性。不銹鋼中可能是出于注入的氮原子位錯(cuò)作用，從而顯著強(qiáng)化了不銹鋼的表面，提高了表面硬度，該項(xiàng)技術(shù)改變了以往表面沉積、電鍍、化學(xué)鍍等鍍層與基體結(jié)合力差的問題。4 節(jié)鎳型不銹鋼氮合金化的方法雖然氮在不銹鋼中的有益作用可以增加合金鋼的屈服強(qiáng)度，每增加0.001氮，可增加約6Mpa的強(qiáng)度，并且與工藝條件無關(guān)。但是由于氮在馬氏體不銹鋼中的溶解度很小(1600時(shí)僅為0.045)，因此，采用何種方法來得到馬氏體不銹鋼中高的氮含量也是研究的一個(gè)

37、重點(diǎn)。不銹鋼中加氮的方法主要有冶煉過程中的氮合金化和表面滲氮。氮在純?nèi)坭F中的溶解度大約為0.04%，隨Cr、Mn含量的提高，氮的溶解度也隨之提高。由于在鋼中鎳和氮的相互作用系數(shù)為正值，所以氮在含鎳鋼中的溶解度較低。隨著溫度的降低，氮在固態(tài)奧氏體相中溶解度提高并達(dá)到很高值。不銹鋼冶煉中氮轉(zhuǎn)移到鋼液中的步驟有：氮從氣相擴(kuò)散到液態(tài)金屬表面，氮分子在熔融金屬表面吸收，包括氮分子分解成氮原子的化學(xué)反應(yīng)和氮從界面轉(zhuǎn)移到金屬液體內(nèi)部兩部分。含氮不銹鋼可分為含氮奧氏體不銹鋼和含氮雙相不銹鋼兩大類，在冶煉上的難點(diǎn)之一是如何精確地控制鋼液中的氮含量。由于氮合金化可以采取氣相滲氮和加入氮化鉻鐵兩種方式。前者由于生產(chǎn)

38、成本低，得到了不銹鋼生產(chǎn)廠家的重視，但是控制AOD過程的脫氮和吸氮過程是其難點(diǎn)之一，目前主要依靠理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的辦法來控制。生產(chǎn)高氮鋼的另一個(gè)難點(diǎn)是防止鋼水凝固過程中N的逸出和凝固偏析。更高的氮含量控制要采用特殊技術(shù)，例如德國曾用高壓電渣爐生產(chǎn)出氮含量超過1.0的不銹鋼。4.1節(jié)鎳型不銹鋼氮合金化生產(chǎn)技術(shù)節(jié)鎳型不銹鋼冶煉過程中的氮合金化是含氮鋼的主要生產(chǎn)方法。不銹鋼的冶煉采用高壓熔煉實(shí)驗(yàn)方法、加壓電渣重熔、電渣加熱高壓滲氮、高壓下等離子熔煉和粉術(shù)冶金等方法。但是，這些冶煉工藝均需要特殊的設(shè)備，生產(chǎn)成本較高。直接采用真空感應(yīng)爐冶煉高氮鋼是一種最近發(fā)展的冶煉方法。采用真空感應(yīng)熔煉不僅金屬在熔煉、

39、熔化、合金化及澆注均在真空條件下進(jìn)行，避免了鋼液與大氣的相互作用而污染，而且可以精確地控制不銹鋼的化學(xué)成分，除去低熔點(diǎn)的有害雜質(zhì)和微量元素，另外強(qiáng)烈的電磁攪拌可以加快反應(yīng)速度，并使熔池內(nèi)的溫度、成分均勻。冶煉超低氮鋼主要依靠真空技術(shù)，因?yàn)檎婵湛梢燥@著降低氣相中氮的分壓，相應(yīng)降低鋼液中的溶解氮。氮分壓除與真空度有關(guān)外，還與脫碳速率和底吹氬攪拌強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)吹氧速率高、脫碳速度大時(shí)，產(chǎn)生的CO氣泡量大，氣泡中氮分壓低。因而，鋼中氮含量就低。另一方面，當(dāng)鋼液中C<0.1時(shí)，吹氧流量減少，CO氣泡量相應(yīng)減少，此時(shí)脫氮速度主要取決于底吹氬的攪拌強(qiáng)度。在超低氮鋼冶煉時(shí)，各工序都要采取相應(yīng)的技術(shù)措施對氮

40、含量進(jìn)行控制。首先，控制初煉爐（轉(zhuǎn)爐或電弧爐）在出鋼時(shí)的鋼水吸氮。電弧爐采用偏心爐底出鋼，由于出鋼速度快，鋼水卷入N量少。另一方面，要特別注意在較高氧位下的出鋼。在精煉爐內(nèi)，特別是真空下，要充分脫氧和脫硫，以提高脫氮效果。另外，噴吹還原性氣體，如碳?xì)浠锟梢源龠M(jìn)脫氮。在精煉結(jié)束至澆注完畢的過程中，要加強(qiáng)鋼水保護(hù)，特別是澆鑄過程對鋼水的保護(hù)，防止鋼水與空氣接觸，產(chǎn)生增氮現(xiàn)象。根據(jù)有關(guān)資料的介紹，通過對Cr和Mn含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Cr含量大于17.8時(shí)，凝固模式由大部分液相先析出鐵素體而剩余液相直接析出奧氏體模式轉(zhuǎn)變?yōu)镕A模式。Cr含量為18.8時(shí)，N含量較低的試樣組織變?yōu)殍F素體和奧氏體各占約50

41、的雙相鋼，N含量較高的試樣組織仍為奧氏體基體上分布有網(wǎng)狀鐵素體。Cr含量大于11時(shí)，Mn由奧氏體化元素轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體化元素，使得凝固模式由液相先析出鐵素體而剩余液相直接析出奧氏體模式轉(zhuǎn)變?yōu)镕A模式，較高的Mn含量增加了固、液界面前沿的成份過冷度。N的性質(zhì)與C相類似，是生成間隙相的主要元素，這是由于它較小的原子尺寸及電子層結(jié)構(gòu)所決定的。在奧氏體型不銹鋼中，N絕大部分固溶于奧氏體中，固溶于鐵素體中的N量很少。在馬氏體中N是重要間隙元素，對馬氏體相變和性能起決定性作用。N在擴(kuò)大奧氏體區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的作用相當(dāng)于Ni的25倍左右，在常規(guī)的18-8型奧氏體不銹鋼中會有少量鐵素體存在，隨著鋼中C含量的降低，鋼

42、中鐵素體量將增加，而加人N則彌補(bǔ)了降C對組織帶來的不利影響，N的增加在減少鋼中鐵素體相比例的同時(shí)，對其存在形態(tài)也有較大影響，使鐵素體逐漸由網(wǎng)狀、長條狀向短棒狀和弧島狀轉(zhuǎn)變，從而降低了網(wǎng)狀鐵素體對奧氏體鋼強(qiáng)度和塑性的不良影響。4.2節(jié)鎳型不銹鋼的氮合金化生產(chǎn)工藝高氮鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是提高鋼中氮的溶解度，防止冷凝過程中鋼中氮的逸出，保證氮在鋼中均勻分布。為此，人們研究并開發(fā)了許多生產(chǎn)方法，大致可分為氮?dú)饧訅喝蹮挿ê头勰┮苯鸱▋纱箢悺２讳P鋼冶煉中氮的溶解度隨氣氛中氮分壓的增加而顯著提高，而且伴隨溫度的降低也有一定的提高。因此在較低的冶煉溫度下，向鋼液吹氮有利于增加不銹鋼的氮含量。在氮分壓為1個(gè)大氣壓

43、條件下，即采用純氮吹煉，氮的飽和溶解度可達(dá)0.2左右，此值正好滿足常見含氮奧氏體不銹鋼對氮含量的要求。因此，在實(shí)際AOD生產(chǎn)中，以氮?dú)獠糠痔娲鷼鍤膺M(jìn)行吹煉，可以實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)含氮奧氏體不銹鋼的目標(biāo)。高氮不銹鋼要獲得更高氮含量，可以采用加壓冶煉設(shè)備，使不銹鋼冶煉和凝固在高壓氮?dú)夥障逻M(jìn)行。在1550下，氮?dú)鈮毫τ?.1 MPa增加到4.0 MPa時(shí)，304不銹鋼氮的飽和溶解度可達(dá)1.348。因此，采用高壓熔煉技術(shù)可以生產(chǎn)出氮含量在1.0以上的高氮鋼。而降低壓力可以使氮的溶解度顯著降低。在同樣條件下，氮?dú)鈮毫?.1MPa減少到100 Pa以下時(shí)，304不銹鋼氮的飽和溶解度小于67.4ppm。因此，

44、在高真空度情況下，有可能獲得超低氮不銹鋼。1）氮?dú)饧訅喝蹮挿ú讳P鋼煉鋼在常壓下，氮在液相鐵中的溶解度很低(1600時(shí)僅為0.045)，這成為限制高氮鋼生產(chǎn)的一個(gè)最大障礙，但該難題可通過高壓熔化和合理設(shè)計(jì)合金成分來解決，因?yàn)镹在鐵液中的溶解度隨著熔液上氮?dú)夥謮旱纳叨黾?，同時(shí)隨合金元素Cr、Mn等元素的加入會進(jìn)一步提高氮的溶解度。氮?dú)饧訅喝蹮挿ㄖ校M(jìn)入熔體的機(jī)理有兩種：氮?dú)庠谌垠w界面發(fā)生N2-2N反應(yīng)，氣體分子分解后生成的氮原子被吸附進(jìn)熔體而使鋼液中的N提高；直接向液態(tài)渣或熔體中加入固態(tài)的含氮合金或氮化物（如顆粒狀的氮化硅等）。在這兩種情況下，液態(tài)金屬中氮的濃度由熔體和作用其上的氮?dú)鈮毫χg

45、建立的熱力學(xué)平衡來確定。目前采用加壓熔煉法主要有加壓感應(yīng)爐熔煉、加壓等離子爐熔煉、加壓電渣重熔熔煉和反壓鑄造法等。采用這些方法可以生產(chǎn)出含氮量在1.0以上的高氮鋼，但缺點(diǎn)是在不同程度上存在著設(shè)備復(fù)雜、高壓氣體危險(xiǎn)、氮分布不均勻、工藝控制困難和生產(chǎn)成本高等問題。2）金屬氮化物及其彌散現(xiàn)象不銹鋼冶煉中N與鋼中的合金元素的相互作用是十分重要的，主要表現(xiàn)在氮化物的彌散現(xiàn)象。在奧氏體鋼中存在許多的彌散氮化物，其主要是CrN的彌散。CrN為立方晶格結(jié)構(gòu)，在Cr、Ni含量較高的AIS1310中的溶解度要比在AIS1304鋼中的溶解度低。在含有Ti和Nb的鋼中，會有TiN和NbN形成。在含有Nb的AIS1347鋼中，N與NbC或C與NbN結(jié)合可提高它們在奧氏體中的溶解度，盡管NbN溶解度要比NbC小得多，但在含Nb鋼中，人們也發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的Cr3Nb3N及CrNbN，一般稱為Z相，Z相在晶粒邊界發(fā)生彌散現(xiàn)象，而提高鋼的強(qiáng)度。在奧氏體鋼中，N延緩碳化物M23C6及金屬間化合物的析出，這可能是由于Cry