高氮钢滚刀设计和工艺研究(3)
然而由于受到设备，技术和人员多方面的限制，国内对于高氮钢的研究进度已远远的落后于世界水平。近几年，国内的许多高校和公司的研究机构的相关科学家和研究者都对高氮钢表现出了浓厚的兴趣，并在这方面进行了大量的研究。他们通过自身的努力，克服了实验设备上的一些限制，对国内高氮钢的发展贡献了自己的力量。本文也通过一些侧面介绍了国内外高氮钢的最新发展成果[10]。
1 . 1 . 2 高氮钢的制备方法
1.1.2.1 固体含氮合金添加法
该方法通过向融合区域中添加含有氮和铁的合金，以达到氮元素合金化的目的。以此方法得到的高氮钢最高含氮量可以达到0.5%-0.6%，但此方法的缺点也很明显，一方面是较高的成本，另一方面钢的纯度也不是很高，而且还容易在富氮区域形成氮气泡[11]。
1.1.2.2 氮气加压熔炼法
随着气相氮分压的增加，氮在对应的铁合金溶液中的浓度也会相应的提高。此种方法所得到的高氮钢最高含氮量有望达到1.2%。这种方法的优势在于由于采用了加压凝固的方式，所以能够抑制氮气泡的析出。但是这种方法会使的熔炼室变大且结构变复杂，这是由于氮合金化的过程和凝固的过程是不能完全分开的[12]。
1.1.2.3 粉末冶金法（PM法）
我们都知道和液态铁合金相比，氮元素在奥氏体中的溶解度要大得多。这就是粉末冶金法的基本原理，之后再利用热等静压等方法使得到的高氮钢粉末成形，用这种方法制成的高氮钢含氮量可达到4%[13]。
1 . 1 . 3 高氮钢的发展与应用
随着氮合金化工艺的不断发展,高氮钢的冶炼和应用也日趋成熟。各种各样的高氮钢也纷纷面世。这其中，最为普遍的要数奥氏体型高氮钢和铁素体型高氮钢。除此之外，还有高氮双相不锈钢和高氮高速钢等等。对于奥氏体类的高氮钢，含氮量在0.8%-1.3%之间为最佳,而铁素体类的高氮钢含氮量应大于0.08%。我们应该知道的是，虽然氮元素的引入对材料的性能有各种有益的影响，但这并不意着氮含量越高就越好,而是存在一个最佳含氮量的范围。高氮奥氏体不锈钢具有良好的力学性能和低温稳定性，该材料可作为发动机装置中的无磁材料以及化学仪器、压力容器和螺栓材料等。而高氮铁素体钢具有良好的机械性能，高温稳定性以及蠕变性能，因此在电力工业的能量转换系统、工具材料和轴承材料等方面该种类的钢都有着广泛的应用。除此之外，高氮钢还可以用作高速钢、模具钢和结构钢等等[14]。
1.2 氮在高氮钢中的存在形式及作用
1.2.1 氮的存在形式及作用
氮元素作为生成间隙相的元素和碳有很多相同的地方，较小的原子尺寸及电子层结构决定了它是促进间隙相生成的元素。在奥氏体类高氮钢中，氮元素大部分的固溶于奥氏体相中，而固溶于铁素体相中的氮元素的量却很少。氮元素在扩大奥氏体区和稳定奥氏体的能力大约是镍元素的25倍左右[15]。除此之外，氮还会降低Cr的扩散在钢中的扩散能力，阻止碳化物的产生。氮在钢中对于钢的改善作用主要通过三种途径，包括氮的固溶强化、氮化物弥散强化和晶粒细化。高氮钢中，由于氮元素的引入，使得钢的强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性和耐腐蚀性等综合性能得到提高[16]。
1.2.2 氮对钢机械性能的影响
氮的作用主要体现在两个方面，一方面氮元素可以代替贵重的镍元素，除此之外，氮元素还能作为主要的固溶元素起到提高奥氏体钢强度的作用，并且对钢的塑性和韧性也不会产生太大的影响。对于奥氏体钢，氮的加入能稳定奥氏体相，阻止马氏体产生，提高屈服强度。除此之外，氮对奥氏体钢的蠕变、疲劳性能和焊接性能也有好的影响，需要进一步的研究。而对于铁素体钢，氮元素的固溶强化作用较弱，主要依靠氮化物的弥散强化来改善性能。氮元素的引入能帮助铁素体钢提高屈服强度、改善冲击韧性、改善高温韧性等[17]。