當高氮不銹鋼管中的氮含量超過0.4%后,氮的有益作用可以迅速凸顯。但向鋼中增氮,在冶煉方面有諸多困難,最主要有兩方面,一是常壓下鋼中氮的溶解度低,冶煉和凝固過程加入的氮元素從鋼中很快逸出,另一個是氮元素向鋼中溶解速率慢,冶煉時間長。

目前,向鋼中增加氮的方法主要分為兩類,固態增氮法和液態(熔煉)增氮法。固態滲氮的方法主要有粉末冶金法和熱金屬表面滲氮法。液態增氮冶煉高氮鋼的方式也分鋼液氣相增氮法和加氮化合金法。

1)冶煉過程中加氮化合金,提供高氮不銹鋼管所需氮元素。這種增氮方式簡單,操作方便,但存在的問題是合金化時氮的收得率較低,鋼中氮含量不易控制,熔煉過程中易在高氮區形成氮氣泡;氮化鉻鐵、氮化錳鐵一般雜質含量較高,污染鋼液;氮化合金價格昂貴,高氮的氮化鉻、氮化錳需要多步冶金處理。

2)氣相滲氮成本低,氮氣是最廉價的合金化原料。利用資源豐富的氮氣作原料,通過向鋼液增氮進行氮的合金化,可大幅度降低含氮鋼的生產成本,是目前高氮不銹鋼管冶煉重點研究開發的技術之一。

為了達到較高的含氮量,冶煉需采用高壓氮氣氛,但單從鋼液表面向鋼中滲氮,反應速度慢,冶煉時間長。即使在中頻感應爐內冶煉,鋼液有對流運動,僅從表面滲氮,擴散速度也不是很快。

而從設備底部向鋼液中吹入氮氣增氮,可以使鋼液快速增氮。彌散的氮氣泡會大大改善氣體氮合金化的動力學條件。氣泡可以增加氣-液接觸面積,縮短原子擴散距離;可以有效促進鋼液中氮含量接近平衡,其帶來的攪拌效應可使鋼液的溫度和合金元素均勻化。

加壓鋼包中電渣加熱、底吹氮氣合金化的生產高氮不銹鋼管是一種待開發的方法。通過調節液體金屬和渣池的壓力來控制熔體中的氮,鋼液在鋼包中完成氮合金化后,進入高壓鑄錠裝置中凝固。其優點是吹氮提供了一種廉價的合金化方法,起到自動攪拌的作用,使溫度和成分均勻分布;易通過控制處理裝置內的壓力實現氮的控制;可采用鑄錠、熔模鑄造和離心鑄造等普通的鑄造方法,甚至可近終形鑄造。