表9.70和表9.71分別列出了一些典型高氮奧氏(shi)體不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(bu)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)(gao)氮鋼晶體(ti)結構一(yi)個主要特點(dian)是自由電子(zi)(zi)濃度的增加，提高(gao)(gao)了原子(zi)(zi)間金(jin)屬鍵(jian)鍵(jian)合，使(shi)電子(zi)(zi)在(zai)晶體(ti)結構中的分布更均勻。因(yin)此，位錯滑移(yi)時并(bing)不(bu)減弱或(huo)者破壞原子(zi)(zi)間結合，使(shi)材料具有高(gao)(gao)的強度和高(gao)(gao)的斷(duan)裂韌(ren)性，但(dan)氮含量高(gao)(gao)于0.5％時，因(yin)原子(zi)(zi)間金(jin)屬鍵(jian)鍵(jian)合下降而不(bu)利于韌(ren)性。
在奧(ao)氏(shi)體鋼(gang)中(zhong)，氮(dan)原子與位錯(cuo)的(de)結(jie)合(he)(he)能高于碳原子與位錯(cuo)的(de)結(jie)合(he)(he)能，而且這種(zhong)結(jie)合(he)(he)能隨氮(dan)含量的(de)增加(jia)而增加(jia)，因此氮(dan)原子比(bi)碳原子更(geng)能有效地阻(zu)塞位錯(cuo)。
實驗證明，氮與碳不同，其在晶(jing)界的(de)(de)偏析傾向(xiang)不明顯，氮和(he)晶(jing)界的(de)(de)親和(he)力(li)很弱。這可以解釋高氮鋼為何具有(you)良好的(de)(de)耐晶(jing)間腐蝕性(xing)能和(he)高溫力(li)學(xue)性(xing)能。
在鐵基固溶體中(zhong)，氮原子與鄰近置換型合(he)金元(yuan)素(su)傾向于金屬鍵結合(he)，有(you)助于短程有(you)序，這有(you)利于合(he)金元(yuan)素(su)更均勻地分布(bu)，增加(jia)了奧氏體的穩定(ding)性(xing)，抑制(zhi)了沉淀析出和發生腐蝕。
大(da)多數試驗結(jie)果認為，奧(ao)氏體鋼中(zhong)添(tian)加氮(dan)(dan)會降(jiang)低層錯能。在含氮(dan)(dan)奧(ao)氏體不銹鋼的形變(bian)過程中(zhong)，氮(dan)(dan)促(cu)進平面(mian)滑移，這(zhe)是由于層錯能低，能阻止位錯攀移出滑移面(mian)。
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)碳的(de)(de)(de)(de)(de)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在溫(wen)度(du)降(jiang)至-269℃時(shi)，其屈服(fu)強(qiang)度(du)升高(gao)不(bu)(bu)多(duo)，而(er)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)則(ze)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)而(er)顯著提高(gao)。如果在23℃時(shi)含(han)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)較含(han)碳鋼(gang)高(gao)出23％，則(ze)在-269℃時(shi)含(han)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)則(ze)較含(han)碳鋼(gang)高(gao)出300％。因此，高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)可(ke)用于制(zhi)作超導磁體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)外殼，但(dan)應注意，高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在低(di)溫(wen)時(shi)會出現韌(ren)脆轉變溫(wen)度(du)，如果高(gao)氮(dan)(dan)(dan)奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中加入適量的(de)(de)(de)(de)(de)Mo和Ni則(ze)可(ke)以(yi)改善低(di)溫(wen)時(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)韌(ren)性，同時(shi)降(jiang)低(di)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)。
冷變形(xing)(xing)是提(ti)高奧氏體不銹(xiu)鋼強(qiang)度的有效(xiao)手段，其效(xiao)果遠高于(yu)固溶強(qiang)化。冷變形(xing)(xing)對(dui)于(yu)高氮奧氏體不銹(xiu)鋼的強(qiang)化效(xiao)果尤為(wei)顯著(zhu)。例如，在Fe-18Cr-（7～18）Mn-N合金中，在含氮1.07％和冷變形(xing)(xing)量為(wei)50％時(shi)， 可使鋼的屈服強(qiang)度超(chao)過(guo)2000MPa。氮還增加鋼的形(xing)(xing)變強(qiang)化率，但對(dui)鋼的形(xing)(xing)變強(qiang)化指數n的影響較小。
在(zai)奧(ao)(ao)氏體不銹鋼中(zhong)加(jia)入氮(dan)可以顯著地提高奧(ao)(ao)氏體的(de)穩定性，有效地抑(yi)制(zhi)在(zai)變形過程(cheng)中(zhong)a'和ε（hcp）馬氏體的(de)形成(cheng)，甚(shen)至在(zai)低溫(wen)時也不會出現a'馬氏體。
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。
當全(quan)部(bu)氮(dan)原(yuan)子間(jian)隙固(gu)溶于奧氏(shi)體中時，鋼(gang)(gang)顯(xian)示(shi)出(chu)良好的強度和(he)韌性(xing)，但當有(you)(you)氮(dan)化物(wu)析(xi)出(chu)時，將導致鋼(gang)(gang)的脆性(xing)出(chu)現，特別是在晶界(jie)(jie)和(he)亞晶界(jie)(jie)析(xi)出(chu)的氮(dan)化物(wu)對(dui)鋼(gang)(gang)的沖擊韌性(xing)和(he)動態應(ying)變的塑性(xing)十(shi)分有(you)(you)害，但對(dui)鋼(gang)(gang)的屈服強度和(he)抗拉強度的影(ying)響較小(xiao)。
關于(yu)氮(dan)元素對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)蝕(shi)性能(neng)的影響在9.5.2、9.6.2.3等節(jie)中已有論(lun)述，但高氮(dan)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中氮(dan)對耐(nai)蝕(shi)性能(neng)的影響報(bao)道(dao)較少。
