表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體(ti)不銹鋼(gang)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)氮鋼(gang)晶體結(jie)(jie)構(gou)一(yi)個主(zhu)要特(te)點是(shi)自由電子濃(nong)度(du)的增加，提高(gao)了(le)原(yuan)(yuan)子間(jian)金(jin)屬(shu)鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)合(he)，使(shi)電子在晶體結(jie)(jie)構(gou)中的分布(bu)更(geng)均勻。因此，位錯滑移時并不減弱或者破(po)壞原(yuan)(yuan)子間(jian)結(jie)(jie)合(he)，使(shi)材料具有高(gao)的強度(du)和高(gao)的斷裂(lie)韌(ren)性(xing)(xing)，但(dan)氮含量(liang)高(gao)于(yu)0.5％時，因原(yuan)(yuan)子間(jian)金(jin)屬(shu)鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)合(he)下(xia)降而不利(li)于(yu)韌(ren)性(xing)(xing)。
在(zai)奧氏體鋼中，氮(dan)原(yuan)子與位(wei)錯的(de)結合能高于碳原(yuan)子與位(wei)錯的(de)結合能，而(er)且這種結合能隨(sui)氮(dan)含量的(de)增加而(er)增加，因此氮(dan)原(yuan)子比(bi)碳原(yuan)子更能有效(xiao)地阻(zu)塞位(wei)錯。
實(shi)驗證明，氮(dan)與(yu)碳不同，其(qi)在晶(jing)界的(de)偏(pian)析傾向不明顯，氮(dan)和晶(jing)界的(de)親和力很弱(ruo)。這可(ke)以解(jie)釋高氮(dan)鋼為(wei)何(he)具有良好的(de)耐晶(jing)間腐(fu)蝕性能和高溫力學性能。
在鐵基(ji)固溶體中，氮原子與鄰近置換型合(he)金元素傾向于(yu)金屬鍵結合(he)，有助于(yu)短程有序，這(zhe)有利于(yu)合(he)金元素更(geng)均勻(yun)地(di)分(fen)布，增加了(le)奧氏體的(de)穩(wen)定性(xing)，抑(yi)制了(le)沉淀析出和發生腐蝕。
大多數試驗結果認為，奧氏(shi)體(ti)鋼中(zhong)添加氮(dan)會降低(di)(di)層錯(cuo)能(neng)。在含氮(dan)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼的形變過程中(zhong)，氮(dan)促進(jin)平(ping)面滑(hua)移(yi)(yi)，這(zhe)是由于(yu)層錯(cuo)能(neng)低(di)(di)，能(neng)阻止位錯(cuo)攀移(yi)(yi)出(chu)滑(hua)移(yi)(yi)面。
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(han)碳(tan)的(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)溫(wen)度(du)(du)降(jiang)至-269℃時(shi)(shi)，其屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)升高(gao)不(bu)多，而(er)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)則(ze)(ze)(ze)隨溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而(er)顯著提(ti)高(gao)。如果在(zai)(zai)23℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)較(jiao)含(han)碳(tan)鋼(gang)高(gao)出23％，則(ze)(ze)(ze)在(zai)(zai)-269℃時(shi)(shi)含(han)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)則(ze)(ze)(ze)較(jiao)含(han)碳(tan)鋼(gang)高(gao)出300％。因此，高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)可用(yong)于制作(zuo)超(chao)導磁(ci)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)外殼(ke)，但應注意，高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)低(di)溫(wen)時(shi)(shi)會(hui)出現韌脆轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)，如果高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中加入適量的(de)(de)(de)Mo和Ni則(ze)(ze)(ze)可以改善低(di)溫(wen)時(shi)(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)韌性，同時(shi)(shi)降(jiang)低(di)鋼(gang)的(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)(fu)強度(du)(du)。
冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)是提高(gao)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)強(qiang)(qiang)(qiang)度的(de)(de)有效(xiao)(xiao)手段，其效(xiao)(xiao)果(guo)遠高(gao)于(yu)固溶強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)。冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)對(dui)于(yu)高(gao)氮(dan)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)效(xiao)(xiao)果(guo)尤為(wei)顯著。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮(dan)1.07％和(he)冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)量為(wei)50％時， 可使鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度超過2000MPa。氮(dan)還增加鋼(gang)(gang)的(de)(de)形(xing)(xing)變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)率，但對(dui)鋼(gang)(gang)的(de)(de)形(xing)(xing)變(bian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)指數n的(de)(de)影(ying)響較小。
在奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)(zhong)加入氮可以顯著地提高奧(ao)氏(shi)(shi)體的穩定性(xing)，有效地抑(yi)制在變形(xing)過程中(zhong)(zhong)a'和ε（hcp）馬(ma)氏(shi)(shi)體的形(xing)成(cheng)，甚至在低溫時也不(bu)會(hui)出現a'馬(ma)氏(shi)(shi)體。
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)(dang)全部氮原子(zi)間隙固溶于奧(ao)氏體中(zhong)時，鋼顯(xian)示出良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)和韌性，但當(dang)(dang)有氮化物(wu)析出時，將導(dao)致鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脆性出現，特(te)別(bie)是在晶(jing)界(jie)和亞晶(jing)界(jie)析出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮化物(wu)對(dui)(dui)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖擊韌性和動態應(ying)變的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性十分有害，但對(dui)(dui)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)屈服強度(du)和抗拉強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響較小。
關(guan)于(yu)氮元(yuan)素對(dui)不(bu)銹鋼耐蝕(shi)性(xing)能的影(ying)響(xiang)在9.5.2、9.6.2.3等節中已有論(lun)述，但高(gao)氮奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中氮對(dui)耐蝕(shi)性(xing)能的影(ying)響(xiang)報道較(jiao)少。
