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氮對(duì)高氮鋼力學(xué)性能的影響與氮在鋼中存在的狀態(tài)有關(guān)。氮在高氮奧氏體不銹鋼管中以兩種方式存在，即固溶態(tài)氮和以氮化物形式存在的氮。前者決定氮對(duì)鋼起固溶強(qiáng)化作用，后者起沉淀析出強(qiáng)化作用。

鋼中的氮和碳都是以間隙原子存在，在基體中氮原子占據(jù)晶格位置不同。氮占據(jù)的位置是八面體間隙，更容易在鋼中均勻分布，而且氮化物與基體之間的界面能比較小，所以相對(duì)于碳化物來(lái)說(shuō)更易形成彌散強(qiáng)化四0。此外，氮的存在限制和減少了基體中的不完全位錯(cuò)，雜質(zhì)原子的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)也得到限制，強(qiáng)化效應(yīng)也更明星。高氮鋼中的平面位錯(cuò)大致使鋼的蠕變率小。

鋼中含氮量的多少直接影響高氮鋼的力學(xué)性能。大量研究結(jié)果表明氮元素在提高高氮鋼硬度的同時(shí)，材料的韌性和塑性并沒有改變。圖1-2是國(guó)外學(xué)者Simmons對(duì)Fe（172-2）Cr-（8~13）Mn-5Ni高氮鋼力學(xué)性能研究的結(jié)果，第一個(gè)圖顯示隨著氮含量的增加，試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也提高，兩者之間基本上呈現(xiàn)一種線性關(guān)系；第二個(gè)圖則是試驗(yàn)鋼塑性和韌性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明氮含量的增加對(duì)塑性和韌性影響不大。

國(guó)內(nèi)外大量研究表明氮對(duì)高氮鋼力學(xué)性能的強(qiáng)化機(jī)理可以歸為電子交換、和晶格缺陷以及溶質(zhì)原子的相互作用、降低堆剁層錯(cuò)能、沉淀析出等幾個(gè)方面。

（1）電子交換機(jī)理認(rèn)為是鋼中自由電子多，金屬鍵也就會(huì)越強(qiáng)，鋼的強(qiáng)度從而也會(huì)很高。

（2）與晶格缺陷的相互作用。氮元素和碳元素都是固溶強(qiáng)化元素，二者相比，碳與晶界的親和力大，會(huì)有碳化物從晶界析出，降低不銹鋼管的耐蝕性。盡管氮比碳的原子半徑小，但氮元素釘扎位錯(cuò)的效果很明顯，所以，氮使奧氏體不銹鋼管產(chǎn)生的膨脹作用比較大，而且氮原子與位錯(cuò)的相互作用還可以提高不銹鋼管的強(qiáng)度。

（3）與溶質(zhì)原子的相互作用。置換型元素與鋼中的間隙氮原子形成一類置換加間隙型原子化合物。氮原子在奧氏體不銹鋼管基體中短程有序，使得合金元素分布均勻，奧氏體不銹鋼管的穩(wěn)定性也得以增加。當(dāng)對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行變形處理，氮原子可以降低堆剁層錯(cuò)能，平面滑移更加順暢，抑制位錯(cuò)移除滑移面。

（4）堆剁層錯(cuò)能。合金中的自由電子比例與堆垛層錯(cuò)能呈現(xiàn)一種相反的關(guān)系，前者越高，后者越低。

（5）沉淀析出。氮元素的存在使得碳化物的形核被推遲了，M23C。碳化物的沉淀析出也被延緩，并且與奧氏體基體的錯(cuò)配度以及界面能也降低，并進(jìn)一步抑制析出物的長(zhǎng)大，所以M23C6碳化物的形成速度變慢。

氮固溶在奧氏體不銹鋼管中不僅可以提高不銹鋼管強(qiáng)度，使得其斷裂韌性不降低，如圖1-3所示，并且不銹鋼管中所固溶的氮含量的提高，使得其抗蠕變性能也變好。氮元素還可以和奧氏體不銹鋼管中的鋸元素結(jié)合，生成鋸氮化合物，晶粒邊界彌散分布著銳氮化合物，提高了不銹鋼管的抗蠕變性能。但是，氮對(duì)不銹鋼管的低溫韌性有不良影響，使得在低溫下材料容易出現(xiàn)斷裂。