相對于目前已工業化的常壓／真空冶金工藝流程，加壓冶金是制備高性能高氮不銹鋼(gang)的有效途徑，也是強化冶金過程和改善凝固組織的重要手段，必將成為冶金學科新的增長點。氮作為一種廉價、環境友好的合金元素加入不銹鋼中，能顯著改善其力學和腐蝕等諸多性能。隨著加壓冶金裝備和制備技術的發展及氮作用機制的更深入研究，氮將在不銹鋼中得到更廣泛的應用，極大地促進高性能高氮不銹鋼的研發和應用領域拓展。未來，在不斷提升性能的同時，高氮不銹鋼的制造成本將會不斷降低，從而將進一步擴大高氮不銹鋼的應用范圍。高氮不銹鋼的抗拉強度目前最高已能達到3600MPa,不久的將來可能會超過4000MPa,并且仍保持良好的韌性和高的耐腐蝕性能。因此可以預計，高氮不銹鋼將在航空航天、石油、化工、能源、交通運輸、海洋工程、建筑和軍事等諸多領域得到更廣泛的應用。

  高氮不銹鋼作為材料研(yan)發的一(yi)個新領域，發展潛力巨(ju)大。雖然圍繞(rao)高氮不銹鋼冶(ye)金學(xue)基(ji)礎(chu)、制備技(ji)術(shu)、組(zu)織和(he)性(xing)能、焊接(jie)等(deng)方(fang)面(mian)(mian)開展了(le)大量研(yan)究，但尚有(you)很多急需解決(jue)(jue)的問題，特別是我國在高氮不銹鋼基(ji)礎(chu)研(yan)究、工業(ye)化(hua)的加壓冶(ye)金關(guan)鍵裝(zhuang)備研(yan)發、加壓冶(ye)金制備技(ji)術(shu)等(deng)方(fang)面(mian)(mian)相對薄弱。為了(le)推動高氮不銹鋼向(xiang)高性(xing)能、低成(cheng)本、規模化(hua)方(fang)向(xiang)發展，需解決(jue)(jue)以下關(guan)鍵科學(xue)和(he)技(ji)術(shu)問題。

   1. 雖然科研工作者對(dui)氮在不銹鋼(gang)熔體中的(de)(de)溶(rong)解行為(wei)進行了(le)大量(liang)(liang)研究(jiu)，并建立了(le)氮溶(rong)解度(du)模型(xing)和(he)動(dong)力(li)(li)學模型(xing)，但(dan)大部分氮含量(liang)(liang)數(shu)據(ju)是常壓(ya)(ya)(ya)下測量(liang)(liang)的(de)(de)，加壓(ya)(ya)(ya)下的(de)(de)數(shu)據(ju)仍比較匱乏(fa)，需進一步完(wan)善，且氮溶(rong)解動(dong)力(li)(li)學的(de)(de)限(xian)制(zhi)(zhi)性環節尚存在一定(ding)爭議。研究(jiu)表明，加壓(ya)(ya)(ya)凝固(gu)能夠(gou)強化冷卻、細化枝晶組織，抑制(zhi)(zhi)疏(shu)松縮(suo)孔，改善偏析(xi)(xi)、夾雜物和(he)析(xi)(xi)出相(xiang)分布，但(dan)凝固(gu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)與(yu)偏析(xi)(xi)度(du)和(he)氣孔形成(cheng)之間的(de)(de)定(ding)量(liang)(liang)關(guan)系仍需深入研究(jiu)。氮含量(liang)(liang)的(de)(de)精(jing)確控制(zhi)(zhi)與(yu)冶煉過(guo)(guo)程氮的(de)(de)溶(rong)解行為(wei)和(he)凝固(gu)過(guo)(guo)程中氮的(de)(de)偏析(xi)(xi)行為(wei)密切相(xiang)關(guan)，但(dan)如何(he)精(jing)確定(ding)量(liang)(liang)化冶煉和(he)凝固(gu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)，以實現鋼(gang)中氮含量(liang)(liang)和(he)氮均勻性的(de)(de)精(jing)確控制(zhi)(zhi)，仍然是值得(de)重點(dian)關(guan)注的(de)(de)問題。

   2. 高(gao)(gao)(gao)效快速(su)增(zeng)氮(dan)(dan)且(qie)易(yi)于(yu)精確控(kong)氮(dan)(dan)、適合于(yu)工(gong)業化(hua)大規模(mo)生產(chan)、相對(dui)低成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)技(ji)術(shu)將是未來的(de)(de)(de)發展方向。目(mu)前，添加(jia)氮(dan)(dan)化(hua)合金(jin)的(de)(de)(de)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)電渣(zha)重(zhong)熔是商業化(hua)生產(chan)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)有(you)效手(shou)段，但(dan)存在冶煉(lian)(lian)過程(cheng)(cheng)渣(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)分布(bu)不(bu)均(jun)(jun)和易(yi)增(zeng)硅(gui)等問題(ti)，需(xu)(xu)二次重(zhong)熔以改善(shan)氮(dan)(dan)元素分布(bu)均(jun)(jun)勻(yun)性，成(cheng)本(ben)較高(gao)(gao)(gao)，且(qie)為獲得較高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)，需(xu)(xu)提(ti)高(gao)(gao)(gao)熔煉(lian)(lian)壓(ya)(ya)(ya)力，而(er)這會加(jia)速(su)設(she)備(bei)(bei)損耗。相對(dui)于(yu)單步法工(gong)藝，加(jia)壓(ya)(ya)(ya)感應／加(jia)壓(ya)(ya)(ya)鋼包＋加(jia)壓(ya)(ya)(ya)電渣(zha)雙聯工(gong)藝將氮(dan)(dan)合金(jin)化(hua)任務(wu)以及凝(ning)固組織調控(kong)和純凈度提(ti)升任務(wu)進行分解(jie)，與常規工(gong)業化(hua)精煉(lian)(lian)裝備(bei)(bei)聯合，對(dui)于(yu)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)高(gao)(gao)(gao)純、均(jun)(jun)質(zhi)、氮(dan)(dan)含(han)量(liang)精確可控(kong)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)品質(zhi)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼優勢顯著。但(dan)仍(reng)面臨(lin)加(jia)壓(ya)(ya)(ya)感應／加(jia)壓(ya)(ya)(ya)鋼包大型(xing)化(hua)過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)系(xi)列設(she)計和制(zhi)(zhi)造(zao)問題(ti)，同時與之(zhi)配套(tao)的(de)(de)(de)工(gong)業化(hua)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)技(ji)術(shu)仍(reng)需(xu)(xu)完善(shan)。

   3. 大量(liang)研(yan)究表明，氮(dan)(dan)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠顯著改(gai)善(shan)(shan)(shan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學和(he)(he)(he)(he)腐蝕等諸(zhu)多性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，但相(xiang)(xiang)關機制仍存(cun)在一些爭(zheng)議。例如(ru)：氮(dan)(dan)促(cu)(cu)進(jin)(jin)短程(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)缺(que)乏直接(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗證據，是否能(neng)(neng)(neng)(neng)促(cu)(cu)進(jin)(jin)位錯的(de)(de)(de)(de)(de)平面滑移(yi)，提(ti)高(gao)加工硬化(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)，進(jin)(jin)而(er)改(gai)善(shan)(shan)(shan)高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)塑(su)性(xing)也(ye)存(cun)在爭(zheng)議。氮(dan)(dan)促(cu)(cu)進(jin)(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)可提(ti)高(gao)局(ju)部(bu)溶(rong)液(ye)pH,促(cu)(cu)進(jin)(jin)鈍化(hua)(hua)膜(mo)中鉻和(he)(he)(he)(he)鉬富集是氮(dan)(dan)改(gai)善(shan)(shan)(shan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)點蝕和(he)(he)(he)(he)縫隙(xi)腐蝕廣為接(jie)受的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論，其(qi)本質(zhi)上是氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解影響(xiang)了其(qi)他元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)(he)(he)(he)沉(chen)積(ji)過(guo)程(cheng)，但局(ju)部(bu)溶(rong)液(ye)pH的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善(shan)(shan)(shan)如(ru)何影響(xiang)其(qi)他元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)(he)(he)(he)沉(chen)積(ji)過(guo)程(cheng)及其(qi)影響(xiang)程(cheng)度(du)缺(que)乏相(xiang)(xiang)關的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論計算(suan)。此外，從(cong)原子尺(chi)度(du)揭示(shi)氮(dan)(dan)對位錯、層錯和(he)(he)(he)(he)孿晶等晶格缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)規律仍需深(shen)入研(yan)究。基于以氮(dan)(dan)代(dai)碳的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)設計理(li)(li)念(nian)，開發了系列高(gao)氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和(he)(he)(he)(he)軸(zhou)承鋼(gang)(gang)，其(qi)核心是細(xi)小(xiao)彌散氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)影響(xiang)了粗大碳化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)過(guo)程(cheng)，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶(rong)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)和(he)(he)(he)(he)析(xi)出(chu)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)改(gai)善(shan)(shan)(shan)了材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)韌性(xing)。然而(er)，氮(dan)(dan)與釩協同如(ru)何影響(xiang)高(gao)氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和(he)(he)(he)(he)軸(zhou)承鋼(gang)(gang)中析(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)過(guo)程(cheng)，進(jin)(jin)而(er)影響(xiang)其(qi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究尚(shang)需深(shen)入。

   4. 作(zuo)為正在(zai)繁榮發展的(de)高(gao)氮(dan)(dan)馬(ma)(ma)氏體不(bu)銹鋼(gang)（如(ru)工(gong)模具鋼(gang)、軸承(cheng)鋼(gang)等），與之配套的(de)熱(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝是(shi)調(diao)控其(qi)析出相（碳化物(wu)、氮(dan)(dan)化物(wu)等）及(ji)馬(ma)(ma)氏體和(he)(he)殘余(yu)奧氏體含量、形態、尺寸和(he)(he)分(fen)布等組(zu)(zu)織(zhi)，決定產品(pin)最終性能、服役壽命和(he)(he)可靠(kao)性的(de)關鍵環節(jie)。發展新型的(de)熱(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝［如(ru)淬火－深冷－配分(fen)－回火（Q-C-P-T)],明晰高(gao)氮(dan)(dan)馬(ma)(ma)氏體不(bu)銹鋼(gang)在(zai)熱(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)過(guo)程中的(de)組(zu)(zu)織(zhi)演變(bian)規律，闡明氮(dan)(dan)元(yuan)素的(de)擴散行(xing)為及(ji)其(qi)對組(zu)(zu)織(zhi)和(he)(he)性能的(de)影響(xiang)機(ji)理(li)(li)，以實現組(zu)(zu)織(zhi)和(he)(he)性能的(de)精確調(diao)控將是(shi)熱(re)(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝的(de)研(yan)究熱(re)(re)點。

   5. 高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術(shu)(shu)仍(reng)是(shi)(shi)制約(yue)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)品種開(kai)發(fa)和(he)工程(cheng)化(hua)(hua)廣泛應用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)瓶(ping)頸之一(yi)。針對(dui)(dui)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)傳統熔焊(han)(han)(han)中仍(reng)存(cun)在(zai)氮(dan)(dan)氣(qi)逸(yi)出(chu)導(dao)致(zhi)氮(dan)(dan)損(sun)失(shi)、氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物大(da)量(liang)析出(chu)等(deng)(deng)難題(ti)，固相連(lian)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)技術(shu)(shu)為高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)提(ti)供一(yi)條(tiao)新思路和(he)新途(tu)徑(jing)。由于(yu)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔點、硬度(du)、加(jia)工硬化(hua)(hua)能(neng)力，該技術(shu)(shu)仍(reng)存(cun)在(zai)攪拌(ban)(ban)針磨(mo)損(sun)問題(ti)比較(jiao)嚴(yan)重，且無法高(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)很厚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)件等(deng)(deng)問題(ti)。激(ji)光(guang)輔助加(jia)熱(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)將是(shi)(shi)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術(shu)(shu)未(wei)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展方(fang)(fang)向，通(tong)過(guo)精確(que)控制激(ji)光(guang)能(neng)量(liang)輸入和(he)預(yu)熱(re)(re)區域對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)件預(yu)熱(re)(re)，降低(di)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)需(xu)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)摩(mo)擦(ca)熱(re)(re)和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)頭在(zai)敏化(hua)(hua)溫(wen)度(du)停留時間，從而一(yi)定程(cheng)度(du)上減輕攪拌(ban)(ban)針的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)和(he)減小焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)(re)影響區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物等(deng)(deng)二次相析出(chu)傾向，提(ti)高(gao)(gao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度(du)和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)質量(liang)。因此，急需(xu)對(dui)(dui)激(ji)光(guang)輔助加(jia)熱(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝理論、模擬、性(xing)能(neng)及相關機理方(fang)(fang)面開(kai)展深入研(yan)究。此外，發(fa)展加(jia)壓熔焊(han)(han)(han)裝備、工藝并(bing)開(kai)展相關基礎研(yan)究，也是(shi)(shi)解決常壓下高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)熔焊(han)(han)(han)難題(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有效途(tu)徑(jing)。

   6. 我國(guo)高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)尚(shang)處于起步(bu)階段，尤其是此(ci)類材料在典型服役(yi)環(huan)境中性能(neng)劣化(hua)(hua)的(de)(de)(de)行為、失效(xiao)機(ji)理等(deng)方(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)薄弱，實(shi)際服役(yi)環(huan)境下的(de)(de)(de)相(xiang)關(guan)數據(ju)(ju)(ju)積(ji)累更(geng)為缺(que)(que)乏(fa)，例如：艦載機(ji)用航(hang)空高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)(gang)在高(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)速、重(zhong)載條件下的(de)(de)(de)腐蝕疲勞失效(xiao)機(ji)制，海洋工程(cheng)(cheng)裝備用高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在高(gao)(gao)氯離(li)子濃度、高(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)濕、浪涌、飛濺、海洋生物多(duo)等(deng)復雜海洋環(huan)境中腐蝕行為及失效(xiao)機(ji)理，相(xiang)關(guan)基(ji)礎數據(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)缺(que)(que)失嚴重(zhong)制約(yue)了高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)進程(cheng)(cheng)和(he)大規模應用。因此(ci)，急需建立模擬高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在典型服役(yi)環(huan)境中性能(neng)劣化(hua)(hua)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)方(fang)(fang)法，闡明其失效(xiao)機(ji)制；同時，加強服役(yi)性能(neng)數據(ju)(ju)(ju)積(ji)累，為合金成分的(de)(de)(de)進一步(bu)優化(hua)(hua)和(he)應用領域(yu)的(de)(de)(de)拓展提供強有力的(de)(de)(de)數據(ju)(ju)(ju)支(zhi)撐(cheng)。