不锈钢冶炼中氮高含量添加的工艺

高氮不锈钢是氮含量超出常规条件下不锈钢中所能够达到的极限氮含量的钢材料。依据氮元素添加量的不同，大体上能够分为含氮量>1%的超高氮钢、含氮量在0.3-0.5%的高氮钢，以及在该范围之下的统称含氮钢。

不锈钢冶炼加氮

氮在不锈钢中的作用主要表现在对不锈钢基体组织、力学性能与耐腐蚀性能三个方面上。数据显示，氮元素是一种非常强烈地形成并稳定奥氏体且会扩大奥氏体相区的一种元素。在不锈钢中能够部分替代镍元素，减小不锈钢中的铁素体含量，让奥氏体组织更加稳定，能防止析出有害金属间相，还可以在冷加工条件下防止形成马氏体转变。

冶炼高氮不锈钢一般会有两个问题，就是怎样在熔化状态下得到高含量氮和如何确保在凝固过程中使氮处在溶解状态。为提高氮含量，有效办法主要是设计合理的合金成分、使用合适的工艺路线、选择恰当的氮载体。

数据显示，铬、锰、钼、铌等元素会促进氮的溶解，镍、铜、硅和碳等元素会降低氮溶解。不过，用调整合金成分对氮溶解度的方法效果不大，更有效的办法是采取合适的工艺路线和及选择恰当的氮载体。

使用大气熔炼工艺时，因为大气压下氮的溶解度即为不锈钢中氮的最高含量，就算把氮添加到溶解度，不过随着不锈钢材料不断凝固其溶解度也会随之下降，这就会导致产生气孔缺陷，使得成品不合格。所以，上世纪80年代以来，高压冶炼和高氮钢就受到国际上冶金及材料研究的高度重视。欧美相关国家都研制出了各自的加压冶炼设备，很大程度上加速了高氮钢加压冶炼技术的发展。现在有的大型炼钢厂已经具备在高于6MPa的氮气压力下大量熔炼和浇注高氮钢的能力，不锈钢中的氮含量甚至可以高达1%。

这种在大气压下加入氮使不锈钢中的氮含量达到溶解度以上的工艺，加压氮气气氛下进行熔炼和浇铸的生产工艺是必需的。现在已经开发的加压熔炼技术主要有加压感应熔炼法（PIM）、加压等离子熔炼法（PARP）、加压电渣重熔法（PESR）、加压电弧渣重熔法（ASRP）、大熔池法（BSB）和热等静压熔炼法（HIP）等。

加压冶炼属于冶金工艺的一个新的突破，高氮钢是材料研究的新领域。高氮不锈钢不但拥有原先的不锈钢全部性能，还由于氮的加入，它在力学性能、耐蚀性能、以及综合性能等方面都有着非常不错的表现。现在高氮不锈钢已经被大量用在能源、交通、石化和造纸等行业中。