通常情況下，氮被認(rèn)為是鋼中的有害雜質(zhì)之一。雖然常壓下氮在液態(tài)鋼中的溶解度很低，但這些少量的氮卻能導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生時(shí)效脆化，于是開(kāi)發(fā)了各種減少液態(tài)鋼中氮的二次精煉技術(shù)，并還在不斷地改進(jìn)。然而，在高氮鋼中氮作為合金元素可以和鋼中的其他合金元素(如Mn、Cr、V、Nb、Ti等)交互作用，而賦予該鋼種許多優(yōu)異性能。例如，提高奧氏體的穩(wěn)定性，使鋼的力學(xué)性能大大提高，改善鋼的耐腐蝕性等等。把鐵素體基體中含有0.08%以上的氮或在奧氏體基體中含0.4%以上的氮的鋼稱為高氮鋼。
當(dāng)前發(fā)展高氮鋼的主要問(wèn)題是發(fā)展相應(yīng)的工藝和設(shè)備，以保證金屬在凝固時(shí)整個(gè)體積范圍內(nèi)達(dá)到一個(gè)高且均勻的氮濃度。高氮鋼不像其他鋼種那樣容易冶煉，為了加入足夠量的氮，鋼的合金成分或冶煉工藝或兩者都必須加以調(diào)整以使氮的溶解度足夠高。
氮的溶解度取決于壓力、溫度和合金成分，這在文獻(xiàn)中有較詳細(xì)的討論，因此為了加入足夠量的氮，通常希望鋼中含有盡可能高的鉻和錳且在高氮壓力下熔煉。目前高氮鋼的生產(chǎn)有以下一些方法。
1.固體含氮合金添加法
該法向熔池添加含氮鐵合金，如含氮的Mn-Fe，Cr-Fe，V-Fe，氮化物Si3N4或氰化物Ca(CN)2等，以達(dá)到氮合金化的目的，其最高含氮量可達(dá)到0.5%~0.6%。但是由于該法引入了含氮鐵合金，一是提高了材料的成本，二是降低了鋼液的純凈度，而且，氮的濃度起伏加劇，易在高氮區(qū)形成氮?dú)馀荨?/p>
2.增壓感應(yīng)爐中大量氮合金化
鋼在增壓感應(yīng)爐中進(jìn)行大量氮合金化是通過(guò)氣相產(chǎn)生作用的。在熔融金屬和氣體之間的界面通過(guò)N2反應(yīng)產(chǎn)生吸氮，金屬的吸氮量取決于熔體與氮?dú)獾慕佑|時(shí)間和接觸面積。但由于在操作和處理大量過(guò)飽和氮的鋼液時(shí)，存在著安全等方面的問(wèn)題，故使得大規(guī)模生產(chǎn)的增壓感應(yīng)爐未能獲得進(jìn)一步發(fā)展。
3.增壓等離子爐中大量氮合金化
其原理也是通過(guò)氣相實(shí)現(xiàn)的，差別在于氮在等離子弧中分離成原子的形式供給液體金屬。液態(tài)金屬的吸氮量取決于氮?dú)獾姆謮骸⑷蹮捤俾室约暗入x子弧的條件等。在等離子弧作用下，達(dá)到氮飽和濃度僅需3min，時(shí)間明顯比電阻爐、感應(yīng)爐所需的時(shí)間短，吸氮速率大，而且溶液中金屬雜質(zhì)含量低，能減少揮發(fā)性元素(如Mn和Cr)的損失，不用加入含氮合金就能得到較高的氮濃度。重熔鋼錠中的平均氮含量約可達(dá)0.6%，相當(dāng)于Sievert公式的平衡值。然而，等離子的條件很難控制，因而對(duì)氮含量也就難于精確控制，并且由于熔煉過(guò)程中熔池溫度的波動(dòng)，無(wú)論從橫向或縱向上來(lái)看，鋼錠中氮的濃度極不均勻。
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