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。
制備高氮鋼的(de)(de)主要技術問(wen)(wen)題(ti)是如(ru)(ru)何(he)使熔體中得到高質量(liang)分(fen)數(shu)的(de)(de)氮，以及如(ru)(ru)何(he)防(fang)止(zhi)其在凝固過程中的(de)(de)逸出(chu)問(wen)(wen)題(ti)。
目前，制備高(gao)氮鋼大體分為氮氣加(jia)(jia)(jia)壓(ya)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法、粉末(mo)冶(ye)金(jin)法和表(biao)面滲氮法。氮氣加(jia)(jia)(jia)壓(ya)熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法經過多年(nian)發展(zhan)，現已(yi)成(cheng)功開發出的高(gao)氮鋼加(jia)(jia)(jia)壓(ya)技術，主要有(you)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法（PIM）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)電渣重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)法（PESR）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)等離子熔(rong)(rong)(rong)煉(lian)法（PARP）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)電弧渣重(zhong)(zhong)熔(rong)(rong)(rong)（ASRP）等。
加壓(ya)(ya)感應熔煉(lian)法是把(ba)真空感應爐(lu)變成高壓(ya)(ya)感應熔煉(lian)設(she)備(bei)，一(yi)般熔化時壓(ya)(ya)力達(da)到大約1MPa，這對于分(fen)批生產(chan)100kg金(jin)屬是合(he)適(shi)的。
加壓(ya)(ya)電渣(zha)重熔(rong)法是(shi)目前商業生產高氮(dan)鋼的有(you)效方法。1980年德(de)國(guo)Krupp公司建成世(shi)界第(di)一臺16t高壓(ya)(ya)電渣(zha)爐。1988年德(de)國(guo)VSG公司又建成20t高壓(ya)(ya)電渣(zha)爐，如(ru)圖(tu)9.94所(suo)示，熔(rong)煉室運行(xing)壓(ya)(ya)力(li)可達4.2MPa，生產鑄錠的直(zhi)徑為430~1000mm。爐子有(you)密封滑動導電系統，固定圓柱銅模位(wei)于下部(bu)，氮(dan)以氮(dan)化物粒子形式與脫氧劑連續加入。該爐已成功生產了用(yong)做發電機轉子護環的P900N鋼。
烏克蘭、俄羅斯(si)、德國等國家的一(yi)些研究(jiu)所及公司(si)開發了工業化的加(jia)壓等離(li)(li)子(zi)電弧重(zhong)熔技術(shu)。在等離(li)(li)子(zi)弧中(zhong)，氮(dan)被分離(li)(li)成(cheng)原子(zi)供給液態金屬，提高(gao)了金屬的吸氮(dan)率。研究(jiu)表明，在含氮(dan)氣氛(fen)中(zhong)進行等離(li)(li)子(zi)弧重(zhong)熔是冶煉高(gao)氮(dan)鋼時用(yong)氮(dan)合(he)金化的一(yi)種(zhong)有效的方法，已穩定地(di)生產(chan)出錠重(zhong)達(da)3.4噸的高(gao)氮(dan)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼錠。
國內外采(cai)用粉末冶金法生(sheng)產高氮(dan)不銹鋼的主要方(fang)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。
根據不同合金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)氮(dan)在(zai)鋼(gang)液中(zhong)溶(rong)解(jie)(jie)度的(de)(de)研(yan)究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元(yuan)(yuan)素(su)（按由強到弱順序）可以用來(lai)增加不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)氮(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度。Ti、Zr、V、Nb等元(yuan)(yuan)素(su)有很強的(de)(de)形(xing)成氮(dan)化(hua)物(wu)的(de)(de)趨勢，Cr也能顯著提高(gao)氮(dan)在(zai)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度，其形(xing)成氮(dan)化(hua)物(wu)的(de)(de)趨勢較小。Mn在(zai)許多不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)用來(lai)增加氮(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度，且(qie)價(jia)格較低。Cu、Ni、Si、B等元(yuan)(yuan)素(su)則降低氮(dan)在(zai)鋼(gang)液中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(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(shen)氮有多(duo)種方法(fa)，如機械合金化(hua)、燒(shao)結滲(shen)氮等。
高(gao)氮(dan)不銹鋼粉末(mo)的成(cheng)形(xing)技術(shu)除了上述(shu)熱等靜壓技術(shu)外，還可(ke)以采(cai)用粉末(mo)注射成(cheng)形(xing)、燒結-自(zi)由鍛造、爆炸成(cheng)形(xing)等。
粉(fen)末注射成(cheng)形（metal injection moulding，MIM）工藝是(shi)把金(jin)屬粉(fen)與有機黏結(jie)(jie)(jie)(jie)劑(ji)混合(he)(he)，把混合(he)(he)物噴入模中，再在(zai)(zai)110℃酸性含氮(dan)(dan)氣(qi)氛中進(jin)行(xing)電解(jie)分離(li)去除黏結(jie)(jie)(jie)(jie)劑(ji)。去除黏結(jie)(jie)(jie)(jie)劑(ji)后，粉(fen)粒很(hen)弱地(di)結(jie)(jie)(jie)(jie)合(he)(he)在(zai)(zai)一(yi)起，在(zai)(zai)合(he)(he)金(jin)中保留(liu)開放(fang)的空(kong)隙(xi)通道。在(zai)(zai)燒結(jie)(jie)(jie)(jie)氮(dan)(dan)化處理(li)期間，燒結(jie)(jie)(jie)(jie)進(jin)行(xing)得慢而(er)骨(gu)架(jia)氮(dan)(dan)化很(hen)快，其工藝如(ru)圖9.96所示。最后將產品進(jin)行(xing)固溶處理(li)。該工藝適于處理(li)小型零(ling)件(jian)。
