1、氮在高氮钢中的作用在高氮钢中，由于引入了元素氮而赋予该钢种许多优异的性能，如强度高、韧性好、蠕变抗力大、耐腐蚀性好等。那么，氮在高氮钢中起什么作用呢？氮在铁素体钢和奥氏体钢中的存在形式和作用是不同的，分别讨论如下。氮在奥氏体钢中的作用。在奥氏体钢中氮处于固溶态，其作用有：(1)稳定奥氏体。氮的加入提高了奥氏体相对于马氏体的稳定性，其作用约为镍的 25 倍。所以，氮对马氏体和相变马氏体均有抑制作用。(2)强化材料性能。氮的加入提高了奥氏体钢的屈服强度而不降低材料韧性；特别是可以通过冷加工进一步提高强度，以 18%Mn18%Cr0.6%N 的高氮奥氏体钢为例，在变形量为 40%时，其屈服强度可从
2、600MPa 提高到 1400MPa 以上，而断裂韧性仍保持着较高的数值；如果采用拉丝的话，可进一步将屈服强度提高到 2400MPa。高氮奥氏体钢之所以具有高的加工硬化率，是由于高氮含量降低了堆垛层错能，造成稳定的位错排列。(3)改善材料的耐腐蚀性能。氮的加入可改善奥氏体钢耐各种腐蚀，包括点蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀的性能。由于氮的存在，在金属表面形成了一层富氮钝化膜而抗腐蚀，且 Mo的存在可加强这种作用。氮的抗点蚀能力约为 Cr 的 30 倍。此外，氮的引入，抑制了碳化物的析出，从而避免因碳化物的析出而引起的晶间腐蚀。此外，氮的存在也有益于奥氏体钢的蠕变和疲劳性能。氮在铁素体钢中的作用。其强化作
3、用是通过 Fe-N 合金的淬火-回火工艺，形成弥散的氮化物来实现的。与碳化物相比，氮化物更稳定，更细小，其作用有：(1)提高屈服强度。在低于 600C 回火时，高氮铁素体钢的屈服强度明显优于普通钢，这主要是回火在钢中形成细小的 Cr2N 析出物并与高密度的晶格位错以及狭窄的马氏体条共同作用的结果。固溶处理温度越高，析出物也越细，当固溶处理温度从 1100C 升至 1200C，氮合金化钢的屈服强度可提高 100MPa。(2)改善冲击韧性。含氮铁素体钢中，由于析出了大量细小且稳定的(Nb,V)X 相，从而抑制了晶粒长大。铁素体晶粒越小，脆性转变温度就越低，韧性也就越好。氮合金化钢的冲击韧性明显优于
4、普通的 Cr12 钢。(3)改善高温性能。有研究表明，当温度高于 550C 时，含氮量为 0.16%、含铬为 912%钢的屈服强度大约是无氮的 20Cr12MoV 钢的 2 倍。含氮的 Cr12 钢在 400500C 范围内的强度与 Ni 基合金相当，且通过进一步优化，该合金在 450C 时的屈服强度可望达到 9001000MPa。另有报道，含氮钢在 600700下的蠕变率要比普通的 20Cr12MoV 钢低得多，其断裂时间约是普通碳钢的 10100 倍。高氮钢低的瞬时蠕变率归功于在亚晶界上细小的富 Nb 和 V 的 MX 相，它与 M2X 型析出物组合在一起，稳定精细的位错结构，从而延缓了合金的回复，致使蠕变速率降低。此外，氮也能改善铁素体钢的抗腐蚀性。与普通的 50CrMo5 钢相比，由于氮的引入，使得在 H2S04 和 3%NaCl 中的耐腐蚀性和耐点腐蚀性都有明显改善。(一员)
