近年來，氮用做合金元素日益受到重視，特別是對于不銹鋼加氮問題，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(gao)氮(dan)鋼的主要技(ji)術(shu)問題(ti)是如何使熔體中得到高(gao)質量分數的氮(dan)，以及如何防(fang)止其(qi)在凝固過程中的逸出問題(ti)。
目前，制備高氮(dan)鋼(gang)(gang)大體分為氮(dan)氣(qi)加(jia)壓(ya)(ya)熔煉(lian)(lian)(lian)法、粉末(mo)冶金(jin)法和表面滲氮(dan)法。氮(dan)氣(qi)加(jia)壓(ya)(ya)熔煉(lian)(lian)(lian)法經(jing)過多年發展，現(xian)已(yi)成功開發出的高氮(dan)鋼(gang)(gang)加(jia)壓(ya)(ya)技術，主要有加(jia)壓(ya)(ya)感應熔煉(lian)(lian)(lian)法（PIM）、加(jia)壓(ya)(ya)電渣重熔法（PESR）、加(jia)壓(ya)(ya)等離子熔煉(lian)(lian)(lian)法（PARP）、加(jia)壓(ya)(ya)電弧渣重熔（ASRP）等。
加(jia)壓感(gan)應(ying)熔(rong)煉(lian)法是把真空(kong)感(gan)應(ying)爐變成高(gao)壓感(gan)應(ying)熔(rong)煉(lian)設備，一般(ban)熔(rong)化時壓力達到(dao)大約1MPa，這對(dui)于分批生產100kg金屬(shu)是合(he)適(shi)的(de)。
加壓電(dian)(dian)渣重(zhong)熔法(fa)是(shi)目前商(shang)業生產(chan)高(gao)氮鋼的有(you)效方法(fa)。1980年德國Krupp公(gong)司建(jian)成世界第一臺16t高(gao)壓電(dian)(dian)渣爐。1988年德國VSG公(gong)司又建(jian)成20t高(gao)壓電(dian)(dian)渣爐，如(ru)圖9.94所示，熔煉室運(yun)行壓力可達(da)4.2MPa，生產(chan)鑄錠的直徑(jing)為430~1000mm。爐子有(you)密封滑(hua)動(dong)導電(dian)(dian)系統，固定(ding)圓柱銅模(mo)位(wei)于下(xia)部，氮以氮化物粒子形式與脫氧劑(ji)連續(xu)加入。該爐已(yi)成功(gong)生產(chan)了(le)用做發電(dian)(dian)機轉(zhuan)子護(hu)環(huan)的P900N鋼。
烏克蘭、俄羅斯、德(de)國等(deng)國家(jia)的(de)(de)一些研(yan)(yan)究所及公司開發了工業化(hua)的(de)(de)加(jia)壓等(deng)離(li)子(zi)(zi)電弧(hu)重熔技術。在等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧(hu)中(zhong)，氮被分(fen)離(li)成(cheng)原子(zi)(zi)供給液(ye)態金屬，提高(gao)了金屬的(de)(de)吸氮率。研(yan)(yan)究表明，在含氮氣氛中(zhong)進行等(deng)離(li)子(zi)(zi)弧(hu)重熔是冶煉高(gao)氮鋼(gang)時用(yong)氮合金化(hua)的(de)(de)一種有效的(de)(de)方法，已穩定地生產(chan)出錠重達(da)3.4噸的(de)(de)高(gao)氮奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)錠。
國內外(wai)采用粉末(mo)冶金(jin)法生產高氮不(bu)銹(xiu)鋼的(de)主要方(fang)式(shi)：
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(ju)不同合金元素對氮(dan)在鋼(gang)(gang)液中(zhong)(zhong)溶解度(du)的研究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等(deng)元素（按由強到弱順序(xu)）可以用來(lai)增加(jia)不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)氮(dan)的溶解度(du)。Ti、Zr、V、Nb等(deng)元素有很強的形成(cheng)氮(dan)化物的趨勢，Cr也(ye)能(neng)顯著提高(gao)氮(dan)在不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的溶解度(du)，其形成(cheng)氮(dan)化物的趨勢較(jiao)小。Mn在許多不銹鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)用來(lai)增加(jia)氮(dan)的溶解度(du)，且(qie)價格較(jiao)低。Cu、Ni、Si、B等(deng)元素則降低氮(dan)在鋼(gang)(gang)液中(zhong)(zhong)的溶解度(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(ti)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。
固態滲(shen)氮(dan)有多種方法，如機械合(he)金化、燒結滲(shen)氮(dan)等。
高(gao)氮(dan)不銹鋼(gang)粉(fen)末的成形(xing)技術除了上述熱等靜壓(ya)技術外，還可(ke)以采用粉(fen)末注(zhu)射成形(xing)、燒結(jie)-自由鍛造、爆炸成形(xing)等。
粉(fen)(fen)(fen)末注射成形(xing)（metal injection moulding，MIM）工(gong)藝(yi)是把(ba)金(jin)屬粉(fen)(fen)(fen)與有機黏結(jie)(jie)(jie)劑(ji)(ji)混合，把(ba)混合物噴入(ru)模(mo)中，再在110℃酸性含氮(dan)(dan)氣氛中進(jin)行電解分(fen)離去除黏結(jie)(jie)(jie)劑(ji)(ji)。去除黏結(jie)(jie)(jie)劑(ji)(ji)后(hou)，粉(fen)(fen)(fen)粒很(hen)弱(ruo)地結(jie)(jie)(jie)合在一(yi)起，在合金(jin)中保(bao)留開(kai)放的空(kong)隙通道。在燒結(jie)(jie)(jie)氮(dan)(dan)化(hua)處理(li)期間，燒結(jie)(jie)(jie)進(jin)行得慢而(er)骨架氮(dan)(dan)化(hua)很(hen)快，其(qi)工(gong)藝(yi)如圖9.96所示。最后(hou)將產品進(jin)行固溶(rong)處理(li)。該工(gong)藝(yi)適于處理(li)小型零件。
