表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏體不(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)氮鋼晶(jing)體結構一個主(zhu)要特點是自(zi)由電(dian)子(zi)濃(nong)度的(de)增加，提高(gao)了(le)原(yuan)子(zi)間(jian)金屬(shu)鍵(jian)鍵(jian)合(he)，使(shi)電(dian)子(zi)在晶(jing)體結構中的(de)分布(bu)更均(jun)勻。因此，位錯滑(hua)移時(shi)并(bing)不減弱或者破壞原(yuan)子(zi)間(jian)結合(he)，使(shi)材料具(ju)有高(gao)的(de)強度和高(gao)的(de)斷裂韌(ren)性(xing)，但氮含量(liang)高(gao)于(yu)0.5％時(shi)，因原(yuan)子(zi)間(jian)金屬(shu)鍵(jian)鍵(jian)合(he)下(xia)降而不利于(yu)韌(ren)性(xing)。
在奧氏體鋼中，氮(dan)原(yuan)(yuan)子與位(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)結(jie)合能高于碳原(yuan)(yuan)子與位(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)結(jie)合能，而且這種結(jie)合能隨氮(dan)含量(liang)的(de)增(zeng)加而增(zeng)加，因此氮(dan)原(yuan)(yuan)子比(bi)碳原(yuan)(yuan)子更能有效地阻塞位(wei)錯(cuo)(cuo)。
實驗證(zheng)明，氮與碳(tan)不同(tong)，其在(zai)晶(jing)界的偏析傾向不明顯，氮和(he)晶(jing)界的親和(he)力(li)很弱。這可以(yi)解釋(shi)高氮鋼(gang)為何具有良好的耐(nai)晶(jing)間腐蝕性能(neng)(neng)和(he)高溫力(li)學性能(neng)(neng)。
在鐵基固溶體中，氮原子與鄰近(jin)置換型合金(jin)(jin)元(yuan)素傾向于(yu)金(jin)(jin)屬鍵結(jie)合，有(you)(you)助于(yu)短程有(you)(you)序，這(zhe)有(you)(you)利于(yu)合金(jin)(jin)元(yuan)素更均勻(yun)地(di)分布，增(zeng)加了(le)奧(ao)氏體的穩定(ding)性，抑(yi)制了(le)沉(chen)淀析出(chu)和發(fa)生腐蝕。
大多數試驗結(jie)果認為，奧(ao)氏體鋼(gang)中(zhong)添(tian)加(jia)氮會降低層(ceng)錯能。在(zai)含(han)氮奧(ao)氏體不銹鋼(gang)的(de)形變過程中(zhong)，氮促進平面滑移(yi)(yi)(yi)，這是(shi)由(you)于(yu)層(ceng)錯能低，能阻(zu)止位錯攀移(yi)(yi)(yi)出(chu)滑移(yi)(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。
含碳(tan)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)溫(wen)度(du)(du)降至-269℃時(shi)，其屈服(fu)強度(du)(du)升高(gao)不(bu)(bu)(bu)多(duo)，而高(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)強度(du)(du)則(ze)隨溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)降低而顯著提高(gao)。如果在(zai)23℃時(shi)含氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)強度(du)(du)較含碳(tan)鋼(gang)(gang)高(gao)出23％，則(ze)在(zai)-269℃時(shi)含氮(dan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)強度(du)(du)則(ze)較含碳(tan)鋼(gang)(gang)高(gao)出300％。因(yin)此，高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)可用于制(zhi)作超(chao)導磁(ci)體(ti)的(de)(de)外殼，但應注意，高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)低溫(wen)時(shi)會(hui)出現韌(ren)脆轉變溫(wen)度(du)(du)，如果高(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中加入適量的(de)(de)Mo和Ni則(ze)可以(yi)改善(shan)低溫(wen)時(shi)鋼(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性，同時(shi)降低鋼(gang)(gang)的(de)(de)屈服(fu)強度(du)(du)。
冷(leng)(leng)變形(xing)(xing)(xing)是提高(gao)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼強度(du)的有效手段，其效果遠高(gao)于(yu)(yu)固(gu)溶強化。冷(leng)(leng)變形(xing)(xing)(xing)對于(yu)(yu)高(gao)氮奧(ao)氏體(ti)不銹鋼的強化效果尤為顯著。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮1.07％和冷(leng)(leng)變形(xing)(xing)(xing)量為50％時， 可使鋼的屈服強度(du)超(chao)過2000MPa。氮還增加(jia)鋼的形(xing)(xing)(xing)變強化率(lv)，但對鋼的形(xing)(xing)(xing)變強化指(zhi)數n的影(ying)響較(jiao)小(xiao)。
在奧氏(shi)體不銹鋼中(zhong)加入氮可(ke)以顯著(zhu)地(di)提(ti)高奧氏(shi)體的穩定性，有效地(di)抑(yi)制(zhi)在變形(xing)過程中(zhong)a'和ε（hcp）馬氏(shi)體的形(xing)成(cheng)，甚(shen)至在低溫時也不會出現a'馬氏(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(dan)原子(zi)間(jian)隙固溶于奧(ao)氏體中時(shi)，鋼顯示(shi)出良好的(de)強(qiang)度和(he)(he)(he)韌性，但(dan)當(dang)(dang)有(you)氮(dan)化物析(xi)出時(shi)，將導(dao)致鋼的(de)脆性出現，特(te)別是在晶(jing)界(jie)和(he)(he)(he)亞晶(jing)界(jie)析(xi)出的(de)氮(dan)化物對鋼的(de)沖擊韌性和(he)(he)(he)動態應變的(de)塑性十分有(you)害(hai)，但(dan)對鋼的(de)屈(qu)服強(qiang)度和(he)(he)(he)抗拉強(qiang)度的(de)影(ying)響較(jiao)小。
關于(yu)氮(dan)元素對不銹鋼耐蝕(shi)性能(neng)的影響在9.5.2、9.6.2.3等(deng)節中已(yi)有論述，但高氮(dan)奧(ao)氏體不銹鋼中氮(dan)對耐蝕(shi)性能(neng)的影響報(bao)道較少(shao)。
