碳和氮间隙元素的特性

在所有钢中都含有碳，但和C-Mn钢和低合金结构钢不同，在不锈钢中经常要求把碳的质量分数控制在0.1%以下。唯一例外的是马氏体不锈钢，在这种钢的相变强化中，碳是很关键的。碳在固溶体中起间隙原子的强化作用，特别是在高温时。如前所述，在大多数不锈钢中，碳和其他元素形成碳化物，当形成富铬的M₂₃C₆型碳化物时会降低耐腐蚀性能，为此生产了低碳型（L-型）不锈钢，其碳的质量分数低于0.04%。值得注意的是M₂₃C₆型碳化物中含有将近4倍于碳原子的金属原子（主要是铬），而一个铬原子的质量又比4倍碳原子的质量还多，所以以质量分数计，形成M₂₃C₆型碳化物时，一份碳可以把多达16倍质量的铬从固溶体中移出。

氮在很多不锈钢中是以杂质存在的，但是在某些奥氏体不锈钢中和所有双相不锈钢中氮是有意加入的。和碳类似，氮是强力的固溶强化元素；仅加入0.15%（质量分数）就能显著增加奥氏体钢强度^[7]，而在奥氏体中其强化效应在低温时特别显著。在双相不锈钢中氮也提高强度，但更重要的是增加耐点蚀和耐缝隙腐蚀能力。某些双相不锈钢含有高达0.3%（质量分数）的氮。如前所述，氮在不锈钢中，特别是在铁素体不锈钢中溶解度很低，而在奥氏体不锈钢中加入锰后可以提高氮的溶解度。在铁素体和双相不锈钢中，如果氮超过其溶解度，则在铁素体相中会有Cr₂N析出。在焊缝金属和热影响区如果从高于1100°C（2010°F）的温度冷却时没有生成适量的奥氏体，就会观察到Cr₂N的析出。(www.xing528.com)

碳和氮都是很强的奥氏体形成元素，为了得到精确的各种微观组织的平衡，必须严格控制碳和氮的含量。如前所述，可以通过控制两种元素在合金中的含量或者加入其他元素和它们形成碳化物（Nb、Ti）和氮化物（Ti、Al）而有效地抵消这两种元素对母体的作用。在电弧焊时如果保护不好，会从大气中溶入氮而使焊缝组织偏离设计要求；相反在焊接高氮奥氏体和双相不锈钢时，氮的逸出也会成为问题。为此在双相钢焊接时，有时在保护气体中加入氮气以保持焊缝的氮含量。