近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不(bu)銹鋼加氮問題，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(zhi)備高氮鋼(gang)的(de)主要技(ji)術問題(ti)是如何(he)使熔體中得到高質量分(fen)數的(de)氮，以及如何(he)防止其在凝固(gu)過程中的(de)逸(yi)出問題(ti)。
目前，制(zhi)備高(gao)氮鋼大體分為氮氣(qi)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)(rong)煉法(fa)、粉末冶金法(fa)和表面滲氮法(fa)。氮氣(qi)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)(rong)煉法(fa)經過多年發展，現(xian)已(yi)成(cheng)功開發出的(de)高(gao)氮鋼加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)技術(shu)，主要有加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)感(gan)應(ying)熔(rong)(rong)煉法(fa)（PIM）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)電(dian)渣重熔(rong)(rong)法(fa)（PESR）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)等離子熔(rong)(rong)煉法(fa)（PARP）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)電(dian)弧渣重熔(rong)(rong)（ASRP）等。
加(jia)壓感(gan)應熔(rong)煉法是(shi)把真空感(gan)應爐變(bian)成(cheng)高壓感(gan)應熔(rong)煉設備(bei)，一般熔(rong)化時壓力達到大約1MPa，這對于分批生產100kg金(jin)屬(shu)是(shi)合(he)適的。
加壓電渣(zha)重熔(rong)法(fa)是目前商業生(sheng)產(chan)高(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)有(you)效方法(fa)。1980年德國Krupp公司(si)建成(cheng)世界第一臺16t高(gao)壓電渣(zha)爐。1988年德國VSG公司(si)又建成(cheng)20t高(gao)壓電渣(zha)爐，如圖9.94所示，熔(rong)煉室(shi)運(yun)行壓力(li)可達4.2MPa，生(sheng)產(chan)鑄錠的(de)(de)直徑為430~1000mm。爐子(zi)有(you)密封滑動(dong)導電系統，固定圓柱銅(tong)模位于(yu)下部，氮(dan)以(yi)氮(dan)化物粒子(zi)形(xing)式與脫氧劑連續加入。該爐已成(cheng)功生(sheng)產(chan)了(le)用做發電機(ji)轉子(zi)護環的(de)(de)P900N鋼(gang)(gang)。
烏克蘭、俄羅斯、德國等(deng)(deng)國家(jia)的一(yi)些研究所及公司(si)開發了(le)(le)工業化的加壓(ya)等(deng)(deng)離(li)子(zi)電弧重(zhong)熔(rong)技(ji)術(shu)。在等(deng)(deng)離(li)子(zi)弧中，氮(dan)(dan)被分(fen)離(li)成(cheng)原子(zi)供給液態金屬(shu)，提高了(le)(le)金屬(shu)的吸氮(dan)(dan)率。研究表明(ming)，在含氮(dan)(dan)氣(qi)氛中進行等(deng)(deng)離(li)子(zi)弧重(zhong)熔(rong)是冶煉高氮(dan)(dan)鋼(gang)時用氮(dan)(dan)合金化的一(yi)種有效的方法，已穩定地生產出錠重(zhong)達3.4噸的高氮(dan)(dan)奧氏體不銹鋼(gang)錠。
國內外采用粉末冶金法生(sheng)產高(gao)氮不銹鋼的主要方式：
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。
根據不同合金元素對(dui)氮(dan)在鋼(gang)液(ye)中溶(rong)(rong)解度(du)的(de)研究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元素（按由(you)強到弱順序）可以用(yong)來增(zeng)加不銹鋼(gang)中氮(dan)的(de)溶(rong)(rong)解度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元素有很強的(de)形(xing)成氮(dan)化物的(de)趨勢，Cr也能(neng)顯著提高氮(dan)在不銹鋼(gang)中的(de)溶(rong)(rong)解度(du)，其形(xing)成氮(dan)化物的(de)趨勢較小。Mn在許多不銹鋼(gang)中用(yong)來增(zeng)加氮(dan)的(de)溶(rong)(rong)解度(du)，且價格較低。Cu、Ni、Si、B等元素則降(jiang)低氮(dan)在鋼(gang)液(ye)中的(de)溶(rong)(rong)解度(du)。
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(tie)素體不(bu)銹(xiu)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。
固態滲氮有多(duo)種方法，如機械(xie)合金(jin)化、燒(shao)結滲氮等(deng)。
高氮不銹鋼(gang)粉(fen)末的成形(xing)技(ji)術除(chu)了(le)上述熱等(deng)靜壓技(ji)術外，還可以采用粉(fen)末注射(she)成形(xing)、燒(shao)結-自由鍛(duan)造、爆炸成形(xing)等(deng)。
粉末(mo)注射成形（metal injection moulding，MIM）工藝是把(ba)金屬(shu)粉與有機黏(nian)結(jie)(jie)(jie)劑混(hun)合(he)，把(ba)混(hun)合(he)物噴入模中，再(zai)在110℃酸性含氮(dan)氣氛中進行(xing)電解分(fen)離去除黏(nian)結(jie)(jie)(jie)劑。去除黏(nian)結(jie)(jie)(jie)劑后(hou)(hou)，粉粒(li)很弱地結(jie)(jie)(jie)合(he)在一起(qi)，在合(he)金中保留開(kai)放(fang)的(de)空隙通(tong)道。在燒(shao)結(jie)(jie)(jie)氮(dan)化處理期間，燒(shao)結(jie)(jie)(jie)進行(xing)得(de)慢(man)而骨架氮(dan)化很快，其工藝如圖9.96所示。最后(hou)(hou)將產品進行(xing)固溶處理。該工藝適于(yu)處理小型(xing)零(ling)件。
