前言

　　近年來，隨著低碳、超低碳奧氏體不銹鋼、雙相鋼的大量生產(chǎn)，強(qiáng)度不足成為限制此類鋼材使用的主要問題，如何保證降碳含量后鋼的強(qiáng)度維持或超過原有的性能指標(biāo),已成為一個重要課題。氮(N)作為合金元素加入不銹鋼中，可提高奧氏體穩(wěn)定性、平衡雙相鋼中相的比例，在不影響鋼的塑性和韌性的情況下提高鋼的強(qiáng)度，并可部分代替不銹鋼中的鎳(Ni)。

　　1氮在不銹鋼中的作用

　　氮在不銹鋼中的作用最主要的體現(xiàn)在以下三方面：

　　1.1對不銹鋼基體組織的影響

　　研究表明，氮是非常強(qiáng)烈地形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，Simmons等人提出了較為精確的鎳當(dāng)量計算公式：

　　Nieq=Ni+0.12Mn-0.0086Mn²+30C+18N+0.44Cu

　　從中可以看出，氮對不銹鋼基體組織的影響是相強(qiáng)烈的。氮的這種作用使其在不銹鋼中可以代替部分鎳、降低鋼中的鐵素體含量，可以使奧氏體更穩(wěn)定，防止有害金屬間相的析出、甚至在冷加工條件下可避免出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。

　　1.2對不銹鋼力學(xué)性能的影響

    氮對不銹鋼力學(xué)性能的影響，突出表現(xiàn)為：氮在顯著提高不銹鋼強(qiáng)度的同時，并不降低材料的塑韌性，這為研究高強(qiáng)高韌提供了途徑。此外，氮也提高不銹鋼的抗蠕變、疲勞、磨損能力。大量的實(shí)驗數(shù)據(jù)表明：在奧氏體不銹鋼中，每加人0.10%的氮，其強(qiáng)度(σb，σ0.2)提高約60-100MPa，氮提高屈服強(qiáng)度主要有四個途徑：固溶強(qiáng)化；晶粒尺寸效應(yīng)；形變硬化；沉淀硬化。

　　1.3對不銹鋼耐蝕性能的影響

    氮對不銹鋼耐蝕性能的有益作用表現(xiàn)在耐晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕。氮對點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕的作用機(jī)理主要有：酸消耗理論;氮形成NH4+，降低pH值,阻止陽極溶解，減緩局部酸化，抑制點(diǎn)蝕的自催化過程。②界面氮的富集：氮在鈍化膜/金屬界面靠近金屬一側(cè)富集，影響再鈍化動力學(xué)，可迅速再鈍化，從而抑制點(diǎn)蝕的穩(wěn)定生長。③氮與其它元素的協(xié)同作用：氮抑制鉻、鉬等元素的過鈍化溶解，可在局部腐蝕過程中形成更有抗力的表層，提高耐腐蝕能力。

　　2氮元素的測定方法介紹

    由于氮加入量的不同可致鋼的組織成分等亦不同，大致可進(jìn)行了以下分類，即氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>1%的為超高氮鋼；氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3%~0.5%的為高氮鋼；在此范圍以下的為含氮鋼。關(guān)于鋼鐵中氮元素的測定方法，國家標(biāo)準(zhǔn)中有化學(xué)法(早期方法)和惰性氣體熔融熱導(dǎo)法(現(xiàn)代儀器分析)。

　　2.1化學(xué)法測定氮含量測定

    原理：試料用合適的酸分解，氮化物轉(zhuǎn)化為可溶性銨鹽，在強(qiáng)堿溶液中加熱蒸餾，以氨氣形式析出，載入吸收液吸收,然后用滴定法或分光光度法測定，計算氮元素含量。

　　2.1.1蒸餾分離——中和滴定法測定氮量

   適用范圍：合金鋼及高溫合金中氮量的測定，不適用于不加鋁冶煉的硅鋼及其型材中氮量的測定，氮含量0.010% - 0.50%。方法原理：試樣用適當(dāng)?shù)乃岱纸?，其中的氮轉(zhuǎn)化成相應(yīng)酸的銨鹽，在過量堿的作用下，水蒸汽蒸餾分離氨，以硼酸溶液吸收蒸出液，用氨基磺酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

　　2.1.2蒸餾分離——靛酚藍(lán)光度法測定氮量

    適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)適用于純鐵、碳鋼、合金鋼、高溫合金和精密合金中氮量的測定，不適用于不加鋁冶煉的硅鋼及其型材中氮量的測定，氮含量0.0010% - 0.050%。方法原理：試樣用適當(dāng)?shù)乃岱纸?，其中的氮轉(zhuǎn)變成相應(yīng)酸的銨鹽，在過量堿的作用下，水蒸氣蒸餾分離氨，用稀硫酸吸收蒸出液，然后，在亞硝基鐵氰化鈉和次氯酸鈉存在下，氨與酚生成藍(lán)色的靛酚絡(luò)合物，測量其吸光度。

　　2.1.3蒸餾分離實(shí)驗裝置

　　2.2惰性氣體熔融熱導(dǎo)法測定氮含量

　　適用范圍：適用于鋼鐵中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002% - 0.6%的氮含量方法原理：在氦氣中，用石墨坩堝于高溫(如:2200℃)熔融試料，氮以分子形態(tài)被提取在氦氣流中，與其他氣體提取物分離后，用熱導(dǎo)法測量。

　　3小結(jié)

　　相比于化學(xué)法，利用儀器采用惰性氣體熔融熱導(dǎo)法測定氮，更為簡便快捷，且對樣品工藝無特殊要求，已成為鋼鐵以及其他金屬化合物(如：鈦合金、鉬合金等)含氮量測試的主流方法。