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(gang)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(gao)氮(dan)不(bu)銹鋼作為材料研(yan)發(fa)的一個新領域(yu)，發(fa)展潛(qian)力巨(ju)大。雖然圍繞高(gao)氮(dan)不(bu)銹鋼冶(ye)金(jin)學(xue)基礎(chu)、制備技術(shu)、組(zu)織和性(xing)能(neng)、焊接等方面開展了大量(liang)研(yan)究(jiu)，但尚有很多急需解決(jue)的問題，特別是我國在高(gao)氮(dan)不(bu)銹鋼基礎(chu)研(yan)究(jiu)、工業化的加壓冶(ye)金(jin)關鍵裝備研(yan)發(fa)、加壓冶(ye)金(jin)制備技術(shu)等方面相對薄(bo)弱。為了推(tui)動(dong)高(gao)氮(dan)不(bu)銹鋼向(xiang)高(gao)性(xing)能(neng)、低(di)成本(ben)、規模化方向(xiang)發(fa)展，需解決(jue)以下關鍵科(ke)學(xue)和技術(shu)問題。

   1. 雖然科(ke)研(yan)(yan)(yan)工作者(zhe)對氮在不銹鋼熔體中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)行為(wei)(wei)進行了大量(liang)(liang)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，并建立了氮溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)模型和(he)動(dong)力(li)學模型，但(dan)(dan)大部分氮含(han)(han)量(liang)(liang)數據(ju)是常(chang)壓下(xia)測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)，加(jia)壓下(xia)的(de)(de)(de)數據(ju)仍(reng)比較匱乏(fa)，需進一(yi)步完善，且氮溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)動(dong)力(li)學的(de)(de)(de)限制性環節尚存在一(yi)定爭議。研(yan)(yan)(yan)究(jiu)表明(ming)，加(jia)壓凝固(gu)能夠(gou)強化冷卻、細化枝晶組織(zhi)，抑制疏松縮孔(kong)，改善偏(pian)(pian)析(xi)(xi)(xi)、夾(jia)雜物和(he)析(xi)(xi)(xi)出相分布(bu)，但(dan)(dan)凝固(gu)壓力(li)與(yu)(yu)偏(pian)(pian)析(xi)(xi)(xi)度(du)和(he)氣孔(kong)形成之間(jian)的(de)(de)(de)定量(liang)(liang)關(guan)系仍(reng)需深入(ru)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)。氮含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)精(jing)確控制與(yu)(yu)冶煉(lian)過(guo)程氮的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)行為(wei)(wei)和(he)凝固(gu)過(guo)程中(zhong)氮的(de)(de)(de)偏(pian)(pian)析(xi)(xi)(xi)行為(wei)(wei)密切相關(guan)，但(dan)(dan)如何精(jing)確定量(liang)(liang)化冶煉(lian)和(he)凝固(gu)壓力(li)，以實(shi)現鋼中(zhong)氮含(han)(han)量(liang)(liang)和(he)氮均勻性的(de)(de)(de)精(jing)確控制，仍(reng)然是值得(de)重點(dian)關(guan)注的(de)(de)(de)問題。

   2. 高(gao)(gao)(gao)(gao)效(xiao)快速增氮(dan)(dan)且易(yi)于精(jing)確控氮(dan)(dan)、適(shi)合(he)于工業(ye)化(hua)(hua)大規模(mo)生產(chan)、相(xiang)對低成本的(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹鋼(gang)制備(bei)技術將是未(wei)來的(de)發(fa)展(zhan)方向(xiang)。目(mu)前，添加(jia)(jia)(jia)(jia)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)合(he)金的(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)電渣(zha)重熔是商業(ye)化(hua)(hua)生產(chan)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹鋼(gang)的(de)有效(xiao)手段，但存在冶煉(lian)過程(cheng)渣(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)分布不均和易(yi)增硅等問題(ti)，需二次重熔以改善(shan)氮(dan)(dan)元素(su)分布均勻性，成本較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)，且為獲(huo)得(de)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)含(han)量，需提高(gao)(gao)(gao)(gao)熔煉(lian)壓(ya)力(li)，而(er)這(zhe)會加(jia)(jia)(jia)(jia)速設(she)備(bei)損耗(hao)。相(xiang)對于單步法工藝(yi)，加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)感應／加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)包(bao)＋加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)電渣(zha)雙聯(lian)(lian)工藝(yi)將氮(dan)(dan)合(he)金化(hua)(hua)任務(wu)以及凝固組織調(diao)控和純凈度提升任務(wu)進行(xing)分解，與(yu)常規工業(ye)化(hua)(hua)精(jing)煉(lian)裝備(bei)聯(lian)(lian)合(he)，對于制備(bei)高(gao)(gao)(gao)(gao)純、均質(zhi)、氮(dan)(dan)含(han)量精(jing)確可控的(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)品質(zhi)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹鋼(gang)優勢顯著。但仍面臨加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)感應／加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)包(bao)大型化(hua)(hua)過程(cheng)中(zhong)的(de)系列設(she)計(ji)和制造問題(ti)，同(tong)時與(yu)之配套的(de)工業(ye)化(hua)(hua)制備(bei)技術仍需完善(shan)。

   3. 大量研究(jiu)表(biao)明，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)夠(gou)顯著(zhu)改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)力(li)學和(he)(he)(he)腐蝕等(deng)諸(zhu)多性能(neng)，但相關(guan)機制仍(reng)存在(zai)一(yi)些爭(zheng)(zheng)議。例如：氮(dan)(dan)(dan)促(cu)進(jin)(jin)(jin)短(duan)程(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)形成缺乏(fa)(fa)直接的(de)(de)(de)(de)實驗證據，是否能(neng)促(cu)進(jin)(jin)(jin)位(wei)錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)(de)平面滑(hua)移，提高(gao)加(jia)工(gong)硬化(hua)能(neng)力(li)，進(jin)(jin)(jin)而改(gai)善(shan)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)塑性也存在(zai)爭(zheng)(zheng)議。氮(dan)(dan)(dan)促(cu)進(jin)(jin)(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)形成可提高(gao)局部溶(rong)(rong)液(ye)pH,促(cu)進(jin)(jin)(jin)鈍化(hua)膜中鉻(ge)和(he)(he)(he)鉬(mu)富(fu)集是氮(dan)(dan)(dan)改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)點(dian)蝕和(he)(he)(he)縫隙腐蝕廣(guang)為接受的(de)(de)(de)(de)理論，其(qi)(qi)本(ben)質上(shang)是氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)影響(xiang)(xiang)了(le)其(qi)(qi)他元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)和(he)(he)(he)沉積過(guo)程(cheng)，但局部溶(rong)(rong)液(ye)pH的(de)(de)(de)(de)改(gai)善(shan)如何(he)影響(xiang)(xiang)其(qi)(qi)他元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)和(he)(he)(he)沉積過(guo)程(cheng)及其(qi)(qi)影響(xiang)(xiang)程(cheng)度缺乏(fa)(fa)相關(guan)的(de)(de)(de)(de)理論計算。此外，從原(yuan)子尺度揭示氮(dan)(dan)(dan)對位(wei)錯(cuo)(cuo)、層錯(cuo)(cuo)和(he)(he)(he)孿晶等(deng)晶格缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)規律仍(reng)需深(shen)入研究(jiu)。基于(yu)以(yi)氮(dan)(dan)(dan)代碳的(de)(de)(de)(de)合金設(she)計理念，開發了(le)系列高(gao)氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)，其(qi)(qi)核心是細小彌散(san)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)影響(xiang)(xiang)了(le)粗大碳化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)過(guo)程(cheng)，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)固溶(rong)(rong)強(qiang)化(hua)和(he)(he)(he)析(xi)出(chu)強(qiang)化(hua)改(gai)善(shan)了(le)材料的(de)(de)(de)(de)強(qiang)韌性。然而，氮(dan)(dan)(dan)與釩協同如何(he)影響(xiang)(xiang)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)中析(xi)出(chu)相的(de)(de)(de)(de)形成過(guo)程(cheng)，進(jin)(jin)(jin)而影響(xiang)(xiang)其(qi)(qi)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)尚(shang)需深(shen)入。

   4. 作為正在繁(fan)榮(rong)發展(zhan)的(de)高氮馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼（如(ru)工(gong)模具鋼、軸承(cheng)鋼等），與(yu)之(zhi)配(pei)套的(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)工(gong)藝是調(diao)控(kong)其析出(chu)相（碳化物(wu)、氮化物(wu)等）及馬(ma)氏(shi)體(ti)和(he)殘余奧氏(shi)體(ti)含(han)量、形態、尺寸(cun)和(he)分(fen)布等組(zu)(zu)織，決定產(chan)品最(zui)終性(xing)能、服役壽(shou)命和(he)可(ke)靠性(xing)的(de)關鍵環節(jie)。發展(zhan)新型的(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)工(gong)藝［如(ru)淬火－深冷(leng)－配(pei)分(fen)－回火（Q-C-P-T)],明晰高氮馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼在熱(re)(re)處(chu)理(li)過程中的(de)組(zu)(zu)織演變規律，闡(chan)明氮元素的(de)擴散行(xing)為及其對組(zu)(zu)織和(he)性(xing)能的(de)影(ying)響機理(li)，以實(shi)現(xian)組(zu)(zu)織和(he)性(xing)能的(de)精確(que)調(diao)控(kong)將是熱(re)(re)處(chu)理(li)工(gong)藝的(de)研究熱(re)(re)點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術仍(reng)是制約高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)品種開發和(he)(he)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)化廣泛(fan)應用的(de)(de)(de)瓶頸之一(yi)。針(zhen)對高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)傳統熔(rong)焊(han)(han)(han)中仍(reng)存(cun)在氮(dan)氣逸(yi)出導致氮(dan)損(sun)失(shi)、氮(dan)化物大量(liang)析(xi)出等(deng)難(nan)題(ti)，固(gu)相連接(jie)(jie)的(de)(de)(de)攪拌(ban)摩(mo)(mo)(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)技術為高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)質(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)提供一(yi)條新思路(lu)和(he)(he)新途徑(jing)(jing)。由(you)于高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)熔(rong)點、硬度、加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬化能力(li)，該(gai)技術仍(reng)存(cun)在攪拌(ban)針(zhen)磨損(sun)問題(ti)比較嚴重，且無法高(gao)(gao)(gao)質(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)很厚(hou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)件(jian)(jian)等(deng)問題(ti)。激(ji)光輔助(zhu)加(jia)熱的(de)(de)(de)攪拌(ban)摩(mo)(mo)(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)將是高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術未來的(de)(de)(de)發展(zhan)方向，通過精(jing)確控制激(ji)光能量(liang)輸(shu)入(ru)和(he)(he)預熱區域對焊(han)(han)(han)件(jian)(jian)預熱，降低焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)需要的(de)(de)(de)摩(mo)(mo)(mo)擦(ca)熱和(he)(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)頭在敏(min)化溫度停(ting)留時間，從而一(yi)定程(cheng)度上(shang)減輕攪拌(ban)針(zhen)的(de)(de)(de)磨損(sun)和(he)(he)減小焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱影響區的(de)(de)(de)氮(dan)化物等(deng)二(er)次相析(xi)出傾向，提高(gao)(gao)(gao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度和(he)(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)質(zhi)量(liang)。因此(ci)，急需對激(ji)光輔助(zhu)加(jia)熱的(de)(de)(de)攪拌(ban)摩(mo)(mo)(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)理論(lun)、模擬、性能及相關機理方面開展(zhan)深入(ru)研究。此(ci)外，發展(zhan)加(jia)壓(ya)(ya)熔(rong)焊(han)(han)(han)裝備(bei)、工(gong)(gong)(gong)藝(yi)并開展(zhan)相關基礎研究，也是解(jie)決(jue)常(chang)壓(ya)(ya)下高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)熔(rong)焊(han)(han)(han)難(nan)題(ti)的(de)(de)(de)有效途徑(jing)(jing)。

   6. 我國高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)尚處(chu)于起步階段，尤(you)其是此(ci)類材料(liao)在典型服(fu)役(yi)環境(jing)中性(xing)能劣(lie)化(hua)的(de)(de)(de)行(xing)為(wei)(wei)、失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)機(ji)理(li)等方面的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)薄弱，實(shi)際服(fu)役(yi)環境(jing)下的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)關數據積(ji)累(lei)更為(wei)(wei)缺乏，例如：艦載機(ji)用(yong)航(hang)空高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)軸承鋼(gang)在高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)速(su)、重載條件下的(de)(de)(de)腐蝕(shi)疲勞失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)機(ji)制，海洋(yang)工(gong)程(cheng)裝(zhuang)備用(yong)高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)在高(gao)(gao)氯(lv)離子濃(nong)度、高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)濕(shi)、浪涌、飛(fei)濺、海洋(yang)生物多等復雜海洋(yang)環境(jing)中腐蝕(shi)行(xing)為(wei)(wei)及失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)機(ji)理(li)，相(xiang)(xiang)關基礎數據的(de)(de)(de)缺失(shi)嚴重制約了高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)進程(cheng)和大規模應(ying)用(yong)。因此(ci)，急需建(jian)立模擬高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)在典型服(fu)役(yi)環境(jing)中性(xing)能劣(lie)化(hua)的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)方法，闡(chan)明(ming)其失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)機(ji)制；同(tong)時，加強服(fu)役(yi)性(xing)能數據積(ji)累(lei)，為(wei)(wei)合(he)金成分(fen)的(de)(de)(de)進一步優化(hua)和應(ying)用(yong)領域的(de)(de)(de)拓展提供(gong)強有力的(de)(de)(de)數據支(zhi)撐。