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氮在高氮钢中的作用
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%%N的高氮奥氏体钢为例，在变形量为40%时，其屈服强度可从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600oC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1100oC升至1200oC，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