含氮不锈钢管是指加入一定量氮元素的不锈钢管，因其明显提高不锈钢管的强度及耐蚀性，在有些场合可起到减少甚至代镍的作用。当今含氮不锈钢管受到关注，成为了冶金和材料研究领域一项前沿技术，现已大量用于化工、食品、航空航天、海洋平台、医疗器械和医用植入材料等领域。目前含氮不锈钢管可大致分为低氮型（Ｎ＜０．４％）和高氮型（Ｎ＞０．４％）两大类。一氮在钢中的作用总体来说：氮在不锈钢管中提高屈服强度的主要途径有固溶强化、晶粒细化及氮化物弥散强化；在提高强度的同时，并不降低塑韧性；此外，还提高蠕变强度、疲劳强度和抗磨损能力；另外，还能提高抗腐蚀性。

１）固溶氮对组织结构的影响

氮与碳相似，是形成间隙相的主要元素，在奥氏体不锈钢管中，氮大部分固溶在奥氏体中，在铁素体中很少；在铁素体－奥氏体双相不锈钢管中，氮在两相的分配因数为０．２３～０．２５。氮是扩大奥氏体区和具有稳定奥氏体的作用，相当于镍的２５倍左右（Ｎｉｅｑ＝Ｎｉ％＋０．５Ｍｎ％＋３０Ｃ％＋２５Ｎ％）（不同文献有不同的报道，从１３．４至３０倍）。在常规的１８８奥氏体不锈钢管中，会有少量的铁素体存

在，随着碳量的提高，铁素体量将增加；而加入氮以后，随氮量的增加，可以减少铁素体量的增加；另外，可弥补由于降低碳量而造成对组织带来的不利影响，氮可使铁素体的形态由网状、长条状向短棒状、孤岛状转变，从而减少网状铁素体对奥氏体不锈钢管强度和塑性的不利影响。

２）金属氮化物及其弥散现象

在奥氏体不锈钢管中，存在弥散氮化物—Ｃｒ２Ｎ，氮延缓Ｍ２３Ｃ６及金属间化合物析出；在含Ｔｉ、Ｎｂ钢中，会存在ＴｉＮ、ＮｂＮ、Ｃｒ３Ｎｂ３Ｎ、ＣｒＮｂＮ等氮化物；在含Ｍｏ双相钢中，有很大比例氮以ＭｏＮ、Ｍｏ２Ｎ２Ｃｒ的氮化物形式存在于奥氏体基体中；在马氏体不锈钢管中，氮是马氏体中主要的间隙元素，对马氏体相变和性能起决定性作用。氮在马氏体不锈钢管中，与其他元素形成氮化物分布于晶界上，能防止晶粒长大，提高硬化能力。

２氮在不锈钢管中的有益作用

（１）氮是奥氏体形成元素，在一些钢中作为有益元素加入，能显著提高力学性能和耐蚀性。

（２）氮作为合金化元素，在各类不锈钢管和耐热钢，可以取代并节省Ｎｉ。

（３）氮是固溶元素，以间隙原子形式产生固溶强化，显著提高钢的强度，每０．００１％Ｎ可增加６ＭＰａ强度，并基本上与工艺条件无关。这种作用要超过其他间隙元素。如固溶态下，一般奥氏体不锈钢管的Ｒｐ０．２约２００ＭＰａ，含０．５％Ｎ的不锈钢管Ｒｐ０．２达５００ＭＰａ，０．９％Ｎ的Ｒｐ０．２达８００ＭＰａ。而同时韧性不明显降低。

（４）铁基体与氮化物的界面能小于铁基体与碳化物的界面能。因此氮化物更易形成弥散细小的强化相。钢的含氮量及温度对晶粒大小有影响，随氮量的增加，晶粒细化作用将更大，低温下更有效，高温下氮的这种作用变小，甚至消失。总之，氮在不锈钢管中主要通过固溶强化、晶粒细化及氮化物弥散强化途径来提高、改善钢的性能。

（５）再者，氮的加入可改善奥氏体不锈钢管的耐一般腐蚀、点蚀、应力腐蚀和晶界腐蚀能力。氮合金化能促进奥氏体不锈钢管表面富氮钝化膜的形成，并抑制碳化物的析出，从而可降低晶界腐蚀的敏感性；Ｃｒ２Ｎ的析出所造成的晶间腐蚀也不如Ｃｒ２３Ｃ６析出所造成的晶间腐蚀显著。

（６）氮具有很强的抗点蚀能力，约是Ｃｒ的３０倍，与Ｍｏ元素一起相互作用可显着提高抗点蚀性能，且抗点蚀性能随氮含量的提高而显着提高。如含氮０．３％～０．６％的高氮钢Ｘ２ＣｒＮｉＭｎＭｏＮｂＮ２５１８５４（ＵＮＳＳ３４５６５）具优异的耐腐蚀性能，在固溶态下特别能耐各种氧化性或还原性酸的腐蚀，即使这些酸受到卤化物的污染影响也不多。

３氮在钢中的有害作用

通常钢中氮是在炼钢过程中随炉料进入，或钢水可从炉气中吸入。如将含氮量较高的钢从高温急冷后，得到氮在αＦｅ中过饱和固溶体（Ｎ在αＦｅ中最大溶解度在５９１℃为０．１％，随温度的下降，溶解度急剧下降，而在室温下＜０．００１％），在室温下长期放置或稍高温度加热时，氮会逐渐以氮化铁形式从αＦｅ中析出，使钢变脆（强度硬度升高、塑韧性下降），俗称时效。另外，氮还会与钢中的Ｔｉ、Ａｌ等元素形成脆性夹杂物，聚集在晶界上，影响疲劳性能。早期普遍认为加入少量的氮对钢的有利作用不明显，相反对冲击韧度、塑性存在不利影响，这些也阻碍了人们对氮应用的重视。