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(ao)氏體不(bu)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。
制備高氮鋼的主(zhu)要技術問題是如何使熔體中(zhong)得到高質量(liang)分數的氮，以及(ji)如何防止其在凝固過(guo)程中(zhong)的逸出問題。
目前，制(zhi)備高氮(dan)鋼(gang)大體分為氮(dan)氣加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)煉(lian)法(fa)、粉末冶金法(fa)和表面滲氮(dan)法(fa)。氮(dan)氣加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)煉(lian)法(fa)經過(guo)多年發(fa)展，現已成(cheng)功開(kai)發(fa)出的高氮(dan)鋼(gang)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)技(ji)術，主要有加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)感應熔(rong)煉(lian)法(fa)（PIM）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣重(zhong)熔(rong)法(fa)（PESR）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)等(deng)離子熔(rong)煉(lian)法(fa)（PARP）、加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)電弧渣重(zhong)熔(rong)（ASRP）等(deng)。
加壓感應熔(rong)煉法是把真空感應爐變成高壓感應熔(rong)煉設備，一(yi)般(ban)熔(rong)化時(shi)壓力達到大約1MPa，這對于(yu)分批生(sheng)產(chan)100kg金(jin)屬(shu)是合適的(de)。
加壓電(dian)渣(zha)重熔法(fa)是目前商業生產高氮(dan)鋼的(de)有效方法(fa)。1980年(nian)德國(guo)Krupp公(gong)司(si)建成(cheng)世界(jie)第一(yi)臺16t高壓電(dian)渣(zha)爐(lu)。1988年(nian)德國(guo)VSG公(gong)司(si)又建成(cheng)20t高壓電(dian)渣(zha)爐(lu)，如圖(tu)9.94所示，熔煉室運行壓力可(ke)達4.2MPa，生產鑄錠(ding)的(de)直徑(jing)為430~1000mm。爐(lu)子有密(mi)封滑動導(dao)電(dian)系統(tong)，固(gu)定(ding)圓柱銅(tong)模位于下部，氮(dan)以氮(dan)化物粒(li)子形式與(yu)脫(tuo)氧劑(ji)連續加入。該爐(lu)已(yi)成(cheng)功生產了(le)用做發電(dian)機(ji)轉子護(hu)環的(de)P900N鋼。
烏克(ke)蘭(lan)、俄羅斯、德國等國家的(de)(de)一(yi)些研(yan)究所及公司開發了工(gong)業化(hua)的(de)(de)加(jia)壓等離(li)子電弧重(zhong)熔(rong)技術(shu)。在(zai)(zai)等離(li)子弧中(zhong)，氮(dan)被分離(li)成原子供給(gei)液態金(jin)(jin)屬，提高(gao)了金(jin)(jin)屬的(de)(de)吸氮(dan)率。研(yan)究表明，在(zai)(zai)含(han)氮(dan)氣氛中(zhong)進行等離(li)子弧重(zhong)熔(rong)是冶煉高(gao)氮(dan)鋼(gang)時用氮(dan)合金(jin)(jin)化(hua)的(de)(de)一(yi)種有效的(de)(de)方法，已(yi)穩定地生產出錠重(zhong)達3.4噸(dun)的(de)(de)高(gao)氮(dan)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)錠。
國內(nei)外采用粉(fen)末(mo)冶金法生(sheng)產高氮不銹鋼的(de)主(zhu)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(bu)同合金元(yuan)素對氮在鋼(gang)(gang)液中溶(rong)(rong)解(jie)度(du)的研究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元(yuan)素（按(an)由強到弱順序(xu)）可以用來(lai)增加(jia)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中氮的溶(rong)(rong)解(jie)度(du)。Ti、Zr、V、Nb等元(yuan)素有很強的形成氮化(hua)物的趨(qu)勢，Cr也(ye)能顯著提高氮在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的溶(rong)(rong)解(jie)度(du)，其形成氮化(hua)物的趨(qu)勢較(jiao)(jiao)小。Mn在許多不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中用來(lai)增加(jia)氮的溶(rong)(rong)解(jie)度(du)，且價格較(jiao)(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等元(yuan)素則降低氮在鋼(gang)(gang)液中的溶(rong)(rong)解(jie)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(tai)滲氮有多種方法(fa)，如機械合金化、燒結滲氮等。
高氮不(bu)銹鋼(gang)粉(fen)末的成形技術除了上述(shu)熱等(deng)靜壓技術外(wai)，還可以(yi)采用(yong)粉(fen)末注射成形、燒結(jie)-自由(you)鍛造、爆炸成形等(deng)。
粉末注(zhu)射成形（metal injection moulding，MIM）工(gong)藝是把金(jin)屬粉與有(you)機黏(nian)(nian)結(jie)(jie)(jie)劑混(hun)合(he)，把混(hun)合(he)物噴(pen)入模中，再在110℃酸性含氮(dan)氣氛中進行電解分離去(qu)除黏(nian)(nian)結(jie)(jie)(jie)劑。去(qu)除黏(nian)(nian)結(jie)(jie)(jie)劑后，粉粒很弱(ruo)地(di)結(jie)(jie)(jie)合(he)在一起，在合(he)金(jin)中保留開放的(de)空(kong)隙(xi)通(tong)道。在燒結(jie)(jie)(jie)氮(dan)化處(chu)(chu)理(li)期間(jian)，燒結(jie)(jie)(jie)進行得慢(man)而骨架(jia)氮(dan)化很快，其工(gong)藝如圖9.96所示。最后將產品進行固(gu)溶處(chu)(chu)理(li)。該(gai)工(gong)藝適于(yu)處(chu)(chu)理(li)小型零件。
