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(jìn)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(xué)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(shù)條件下就可以完成，成本優(yōu)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(diào)整合金成分；
②. 向AOD熔池底吹氮。
20世紀(jì)80年代以來，隨著冶金技術(shù)的進(jìn)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(guī)律之后，才逐漸開發(fā)出各種高氮奧氏體不銹鋼。近年來，超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展對低溫?zé)o磁材料需求的升溫，以及作為化工和能源開發(fā)材料用高強(qiáng)度不銹鋼需求量的不斷增長，進(jìn)一步促進(jìn)了高氮高強(qiáng)度不銹鋼的研制和發(fā)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(tǒng)一認(rèn)識(shí)。許多學(xué)者認(rèn)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。
制備高氮鋼的主要技術(shù)問題是如何使熔體中得到高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氮，以及如何防止其在凝固過程中的逸出問題。
目前，制備高氮鋼大體分為氮?dú)饧訅喝蹮挿?、粉末冶金法和表面滲氮法。氮?dú)饧訅喝蹮挿ń?jīng)過多年發(fā)展，現(xiàn)已成功開發(fā)出的高氮鋼加壓技術(shù)，主要有加壓感應(yīng)熔煉法（PIM）、加壓電渣重熔法（PESR）、加壓等離子熔煉法（PARP）、加壓電弧渣重熔（ASRP）等。
加壓感應(yīng)熔煉法是把真空感應(yīng)爐變成高壓感應(yīng)熔煉設(shè)備，一般熔化時(shí)壓力達(dá)到大約1MPa，這對于分批生產(chǎn)100kg金屬是合適的。
加壓電渣重熔法是目前商業(yè)生產(chǎn)高氮鋼的有效方法。1980年德國Krupp公司建成世界第一臺(tái)16t高壓電渣爐。1988年德國VSG公司又建成20t高壓電渣爐，如圖9.94所示，熔煉室運(yùn)行壓力可達(dá)4.2MPa，生產(chǎn)鑄錠的直徑為430~1000mm。爐子有密封滑動(dòng)導(dǎo)電系統(tǒng)，固定圓柱銅模位于下部，氮以氮化物粒子形式與脫氧劑連續(xù)加入。該爐已成功生產(chǎn)了用做發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的P900N鋼。
烏克蘭、俄羅斯、德國等國家的一些研究所及公司開發(fā)了工業(yè)化的加壓等離子電弧重熔技術(shù)。在等離子弧中，氮被分離成原子供給液態(tài)金屬，提高了金屬的吸氮率。研究表明，在含氮?dú)夥罩羞M(jìn)行等離子弧重熔是冶煉高氮鋼時(shí)用氮合金化的一種有效的方法，已穩(wěn)定地生產(chǎn)出錠重達(dá)3.4噸的高氮奧氏體不銹鋼錠。
國內(nèi)外采用粉末冶金法生產(chǎn)高氮不銹鋼的主要方式：
①. 先制取高氮不銹鋼粉末，然后采用模壓燒結(jié)、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(jié)過程中進(jìn)行滲氮處理。
在0.101MPa（1atm）下，氮在α-Fe、δ-Fe、γ-Fe及液態(tài)鐵中的溶解度如圖9.95所示。氮在α-Fe、δ-Fe中的溶解度遠(yuǎn)低于在γ-Fe中的溶解度。在1873K時(shí)，氮在液態(tài)鐵中的溶解度只有0.045％。根據(jù)Sievert規(guī)律，鋼液中的氮含量與氮?dú)鈮毫Φ钠椒礁烧龋撘褐械娜芙舛入S氮?dú)鈮毫Φ脑黾佣黾?。因此，商業(yè)用高氮不銹鋼粉末首先在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)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(huì)形成δ-Fe，在其形成范圍內(nèi)，氮的溶解度降低到低于液態(tài)的平衡溶解度，成為鋼錠產(chǎn)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(qū)，可以保證鋼中的氮含量且不會(huì)出現(xiàn)縮孔。在一般Cr-Ni不銹鋼中沒有8-Fe相區(qū)，采用氮合金化沒有縮孔問題，凝固期間也不需要壓力。
根據(jù)不同合金元素對氮在鋼液中溶解度的研究表明，Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mn、Mo等元素（按由強(qiáng)到弱順序）可以用來增加不銹鋼中氮的溶解度。Ti、Zr、V、Nb等元素有很強(qiáng)的形成氮化物的趨勢，Cr也能顯著提高氮在不銹鋼中的溶解度，其形成氮化物的趨勢較小。Mn在許多不銹鋼中用來增加氮的溶解度，且價(jià)格較低。Cu、Ni、Si、B等元素則降低氮在鋼液中的溶解度。
用高壓氮?dú)庾鳛殪F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(shù)可制備氮含量達(dá)1.0％的不銹鋼粉末。利用熱等靜壓（HIP）技術(shù)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(dá)到99％～100％的相對密度，具有良好的力學(xué)性能和耐蝕性能。用此方法已生產(chǎn)出北海油田海下及海面平臺(tái)上的部件，如法蘭盤、接頭、閥體等，有的閥體重達(dá)2t。目前，HIP技術(shù)在粉末冶金高氮不銹鋼中的應(yīng)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(chǎn)高氮鐵素體不銹鋼需要更高的壓力。
固態(tài)滲氮有多種方法，如機(jī)械合金化、燒結(jié)滲氮等。
高氮不銹鋼粉末的成形技術(shù)除了上述熱等靜壓技術(shù)外，還可以采用粉末注射成形、燒結(jié)-自由鍛造、爆炸成形等。
粉末注射成形（metal injection moulding，MIM）工藝是把金屬粉與有機(jī)黏結(jié)劑混合，把混合物噴入模中，再在110℃酸性含氮?dú)夥罩羞M(jìn)行電解分離去除黏結(jié)劑。去除黏結(jié)劑后，粉粒很弱地結(jié)合在一起，在合金中保留開放的空隙通道。在燒結(jié)氮化處理期間，燒結(jié)進(jìn)行得慢而骨架氮化很快，其工藝如圖9.96所示。最后將產(chǎn)品進(jìn)行固溶處理。該工藝適于處理小型零件。
