高氮钢的性能由氮的含量决定，氮元素只有在钢中以固溶的形式存在，才能显著提高钢的性能，而由于氮元素的性质的影响，氮通常以气体形式存在，且在钢中的溶解度很低。因此，高氮钢的熔炼的核心就是提高钢中固溶氮的含量。了解氮元素在钢中的溶解度的决定因素，可以提高钢中固溶氮的含量。

氮在钢中的溶解度与三个因素有关：氮的分压、温度和合金元素的含量和种类[5]。

氮的分压对氮在钢中的溶解度的影响规律符合西弗特定律：1/2N2(g,pN2)=[N]Fe。提高氮的分压可以提高氮在钢中的溶解度，但是，提高氮的分压使高氮钢的冶炼变得更困难，加压熔炼高氮钢的成本较高。

温度对氮在钢中的溶解度有显著影响，当氮在钢中的溶解焓△H为正值时，提高温度可以提高氮在钢中的溶解度，这对于两元熔体和δ铁素体是符合的（如图1。1）。而在两元奥氏体钢中，溶解焓为负值，提高温度降低氮元素在钢中的溶解度，例如，Fe-Cr合金（图1。2）。

图1。1 一个大气压下氮在纯铁中的溶解度

图1。2 一个大气压下氮在Fe-Cr合金中的平衡溶解度

    合金元素对氮在铁中的溶解度有重要影响，这是由于合金元素的加入，影响了氮在铁中的活度，进而影响了氮在铁中的溶解度。与提高氮分压和温度相比，通过加入合金元素提高氮含量更容易，作用更显著，氮在铁中的溶解度可能可以提高两个数量级。不同的元素对氮在钢中的溶解度有不同的影响，按照Cu，Co，Ni，Al，Si，C，N的顺序，其降低氮在钢溶解度的作用增强。按照W, Mo, Mn，Cr，Nb，V，Ti的顺序增加氮的溶解度。但是，强烈增加氮在钢中溶解度的Nb，V，Ti很难应用，因为，在固溶体中将会析出氮化物，降低氮的溶解度，也有可能造成脆性。

    氮元素的含量继而会影响钢的相结构和相组成，各种合金元素的含量同样会影响钢的相组成，有些元素还会相互影响，合金元素对钢的相结构的影响主要分为扩大奥氏体相区的元素和扩大铁素体相区的元素。合金元素对相结构的影响可以由舍弗勒相图描述，如图1。3。Ni当量表示元素稳定奥氏体的能力，而Cr当量表示元素稳定铁素体的能力。

图1。3 舍弗勒相图

氮在钢中的一个显著作用是提高钢的耐局部腐蚀的能力，氮对不锈钢的整体耐腐蚀性能影响不显著。

Speidei总结了高氮钢提高耐腐蚀性能的机理，归纳为4点：

1) 腐蚀过程中，氮溶解在腐蚀液中，形成了NH4+，提高了PH，降低了电解液的酸度，这对提高不锈钢的耐点蚀性能有重要作用。

2) 氮和其它元素富集在表面，提高了钝化性能。

3) 氮参与形成了钝化膜。

4) 氮溶解形成了亚硝酸盐和硝酸盐，可能对点蚀形成了抑制作用。

   铬、钼和氮提高高氮钢的抗点蚀性能，而碳和锰降低不锈钢的耐点蚀性能。根据已有的实验数据，人们总结出了元素对提高抗点蚀性能的方程：

     PREN= %Cr + 3。3%Mo + k% N。 

     PREN为抗点蚀当量，K有不同的数值：20、25和30。

    考虑到氮和钼对提高抗点蚀性能的相互促进作用，有如下方程：PREN=%Cr+  3。3%Mo+37% N+4。5(%Mo)(%N)。

    以上两个方程都表明，氮在提高奥氏体不锈钢抗点蚀性能的显著作用。其提高点蚀的能力是钼的几倍到十倍。

1。2  常用螺栓钢介绍