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(dan)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)(bu)銹(xiu)鋼(gang)作為材(cai)料研發(fa)的一個(ge)新領域，發(fa)展潛(qian)力巨大(da)。雖然(ran)圍繞高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶金學(xue)基礎(chu)、制備(bei)(bei)技(ji)術、組織(zhi)和性能、焊接等方面(mian)(mian)開展了大(da)量研究，但尚有很多急需解決的問題，特別是(shi)我國在(zai)高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)基礎(chu)研究、工(gong)業化的加壓(ya)冶金關(guan)鍵裝備(bei)(bei)研發(fa)、加壓(ya)冶金制備(bei)(bei)技(ji)術等方面(mian)(mian)相對薄弱。為了推動高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)向(xiang)(xiang)高(gao)性能、低成本、規模化方向(xiang)(xiang)發(fa)展，需解決以下(xia)關(guan)鍵科學(xue)和技(ji)術問題。

   1. 雖然(ran)(ran)科研工作者對氮(dan)(dan)(dan)在不銹鋼熔體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解行為進行了(le)大量(liang)研究，并(bing)建立了(le)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解度模(mo)型和動力(li)學(xue)模(mo)型，但大部分(fen)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)數(shu)據是常壓(ya)(ya)下測量(liang)的(de)(de)(de)(de)，加壓(ya)(ya)下的(de)(de)(de)(de)數(shu)據仍(reng)比較(jiao)匱乏，需(xu)進一(yi)步(bu)完善，且氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解動力(li)學(xue)的(de)(de)(de)(de)限制(zhi)性(xing)環(huan)節(jie)尚(shang)存在一(yi)定(ding)爭(zheng)議。研究表明(ming)，加壓(ya)(ya)凝固能夠強化(hua)冷卻、細化(hua)枝晶組織，抑制(zhi)疏松(song)縮孔，改善偏析、夾雜(za)物(wu)和析出相(xiang)分(fen)布，但凝固壓(ya)(ya)力(li)與偏析度和氣(qi)孔形成之間的(de)(de)(de)(de)定(ding)量(liang)關系仍(reng)需(xu)深(shen)入研究。氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)確(que)控制(zhi)與冶(ye)煉過(guo)程氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解行為和凝固過(guo)程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)偏析行為密(mi)切(qie)相(xiang)關，但如何精(jing)(jing)確(que)定(ding)量(liang)化(hua)冶(ye)煉和凝固壓(ya)(ya)力(li)，以實現鋼中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)和氮(dan)(dan)(dan)均勻性(xing)的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)確(que)控制(zhi)，仍(reng)然(ran)(ran)是值(zhi)得重點(dian)關注的(de)(de)(de)(de)問題。

   2. 高(gao)效(xiao)快速增氮(dan)(dan)且(qie)易(yi)于(yu)精確控氮(dan)(dan)、適(shi)合(he)(he)于(yu)工(gong)業化(hua)大(da)規模生產(chan)、相對低成本的(de)(de)(de)(de)高(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)制備(bei)技術(shu)將(jiang)是(shi)(shi)未來的(de)(de)(de)(de)發展方向。目前，添(tian)加(jia)(jia)氮(dan)(dan)化(hua)合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)電渣(zha)重(zhong)熔是(shi)(shi)商業化(hua)生產(chan)高(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)有(you)效(xiao)手段(duan)，但存(cun)在冶煉(lian)過程渣(zha)池沸騰(teng)、氮(dan)(dan)分(fen)布不均和(he)易(yi)增硅等問題，需(xu)二次重(zhong)熔以(yi)改善氮(dan)(dan)元素分(fen)布均勻性，成本較(jiao)高(gao)，且(qie)為(wei)獲得較(jiao)高(gao)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)，需(xu)提高(gao)熔煉(lian)壓(ya)(ya)(ya)力，而(er)這會(hui)加(jia)(jia)速設(she)備(bei)損(sun)耗。相對于(yu)單步法工(gong)藝，加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)感應(ying)／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)鋼(gang)(gang)包＋加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)電渣(zha)雙(shuang)聯工(gong)藝將(jiang)氮(dan)(dan)合(he)(he)金化(hua)任務(wu)以(yi)及凝固組織調控和(he)純凈度提升(sheng)任務(wu)進(jin)行分(fen)解，與常(chang)規工(gong)業化(hua)精煉(lian)裝備(bei)聯合(he)(he)，對于(yu)制備(bei)高(gao)純、均質(zhi)、氮(dan)(dan)含(han)量(liang)精確可控的(de)(de)(de)(de)高(gao)品質(zhi)高(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)優勢(shi)顯著。但仍面臨加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)感應(ying)／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)鋼(gang)(gang)包大(da)型化(hua)過程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)系列設(she)計和(he)制造問題，同(tong)時與之配套(tao)的(de)(de)(de)(de)工(gong)業化(hua)制備(bei)技術(shu)仍需(xu)完善。

   3. 大量研(yan)(yan)究表明，氮(dan)(dan)能(neng)(neng)夠顯著(zhu)改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力學(xue)和(he)(he)(he)腐蝕(shi)(shi)等諸(zhu)多性能(neng)(neng)，但相關機(ji)制仍(reng)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)爭議。例(li)如(ru)：氮(dan)(dan)促進短程(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)(de)形成缺(que)(que)乏直接的(de)(de)(de)(de)(de)實驗證據，是(shi)否能(neng)(neng)促進位錯的(de)(de)(de)(de)(de)平面滑移，提高(gao)加工硬化(hua)(hua)能(neng)(neng)力，進而(er)改(gai)善(shan)高(gao)氮(dan)(dan)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)塑性也存(cun)在(zai)爭議。氮(dan)(dan)促進NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形成可提高(gao)局部(bu)溶(rong)(rong)(rong)液pH,促進鈍化(hua)(hua)膜中鉻和(he)(he)(he)鉬富集(ji)是(shi)氮(dan)(dan)改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)點蝕(shi)(shi)和(he)(he)(he)縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)廣為接受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)理論，其(qi)本質(zhi)上是(shi)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解影(ying)(ying)響(xiang)了(le)其(qi)他(ta)元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解和(he)(he)(he)沉(chen)(chen)積過程(cheng)，但局部(bu)溶(rong)(rong)(rong)液pH的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善(shan)如(ru)何影(ying)(ying)響(xiang)其(qi)他(ta)元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解和(he)(he)(he)沉(chen)(chen)積過程(cheng)及(ji)其(qi)影(ying)(ying)響(xiang)程(cheng)度缺(que)(que)乏相關的(de)(de)(de)(de)(de)理論計算。此外，從原(yuan)子(zi)尺度揭示氮(dan)(dan)對位錯、層錯和(he)(he)(he)孿(luan)晶等晶格缺(que)(que)陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)規律仍(reng)需深入研(yan)(yan)究。基于(yu)以氮(dan)(dan)代碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)合金設計理念，開發(fa)了(le)系列(lie)高(gao)氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸承鋼(gang)，其(qi)核(he)心是(shi)細小彌散(san)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)影(ying)(ying)響(xiang)了(le)粗大碳(tan)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)過程(cheng)，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶(rong)(rong)(rong)強(qiang)化(hua)(hua)和(he)(he)(he)析出(chu)(chu)強(qiang)化(hua)(hua)改(gai)善(shan)了(le)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)韌性。然而(er)，氮(dan)(dan)與釩(fan)協同如(ru)何影(ying)(ying)響(xiang)高(gao)氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸承鋼(gang)中析出(chu)(chu)相的(de)(de)(de)(de)(de)形成過程(cheng)，進而(er)影(ying)(ying)響(xiang)其(qi)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究尚需深入。

   4. 作為正在繁榮發展的(de)(de)(de)高(gao)氮(dan)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)（如工(gong)(gong)模具(ju)鋼(gang)(gang)、軸承鋼(gang)(gang)等），與之(zhi)配套的(de)(de)(de)熱(re)(re)處理(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)是調(diao)控(kong)(kong)其析出相（碳化(hua)物(wu)(wu)、氮(dan)化(hua)物(wu)(wu)等）及馬(ma)氏(shi)體(ti)和(he)(he)殘余奧氏(shi)體(ti)含(han)量、形(xing)態、尺寸和(he)(he)分布等組織(zhi)(zhi)，決定產品最終性(xing)能(neng)、服(fu)役壽命和(he)(he)可靠性(xing)的(de)(de)(de)關鍵環節。發展新(xin)型(xing)的(de)(de)(de)熱(re)(re)處理(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)［如淬火(huo)－深冷(leng)－配分－回火(huo)（Q-C-P-T)],明晰高(gao)氮(dan)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在熱(re)(re)處理(li)(li)過程中的(de)(de)(de)組織(zhi)(zhi)演變(bian)規律，闡明氮(dan)元素(su)的(de)(de)(de)擴散行為及其對組織(zhi)(zhi)和(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影響機理(li)(li)，以實現(xian)組織(zhi)(zhi)和(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)精(jing)確(que)調(diao)控(kong)(kong)將(jiang)是熱(re)(re)處理(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)研究(jiu)熱(re)(re)點。

   5. 高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技術(shu)(shu)仍(reng)(reng)是(shi)(shi)制(zhi)約高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼品種開(kai)發和工(gong)程化(hua)(hua)廣泛應用的(de)(de)(de)瓶頸之(zhi)一。針(zhen)對高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼傳統熔焊(han)(han)中(zhong)仍(reng)(reng)存在(zai)氮(dan)(dan)(dan)氣逸出導致氮(dan)(dan)(dan)損(sun)失、氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物大量(liang)析出等(deng)難題，固相連接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)攪(jiao)拌摩擦焊(han)(han)技術(shu)(shu)為高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)高(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)提供一條(tiao)新思路和新途徑。由于高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼高(gao)(gao)的(de)(de)(de)熔點、硬度(du)、加(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)能力(li)，該技術(shu)(shu)仍(reng)(reng)存在(zai)攪(jiao)拌針(zhen)磨損(sun)問題比較嚴重，且無法高(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)很厚(hou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)件等(deng)問題。激(ji)光輔(fu)(fu)助(zhu)加(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)攪(jiao)拌摩擦焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)將是(shi)(shi)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技術(shu)(shu)未來的(de)(de)(de)發展方向(xiang)，通過精確控制(zhi)激(ji)光能量(liang)輸入和預熱(re)(re)(re)區域對焊(han)(han)件預熱(re)(re)(re)，降低焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)需(xu)要的(de)(de)(de)摩擦熱(re)(re)(re)和焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)在(zai)敏化(hua)(hua)溫度(du)停留時(shi)間，從而(er)一定程度(du)上減(jian)輕攪(jiao)拌針(zhen)的(de)(de)(de)磨損(sun)和減(jian)小(xiao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱(re)(re)(re)影(ying)響(xiang)區的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物等(deng)二(er)次相析出傾向(xiang)，提高(gao)(gao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)速度(du)和焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)質量(liang)。因此，急需(xu)對激(ji)光輔(fu)(fu)助(zhu)加(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)攪(jiao)拌摩擦焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)藝(yi)理論、模擬、性(xing)能及相關(guan)機理方面開(kai)展深(shen)入研究。此外，發展加(jia)壓熔焊(han)(han)裝備、工(gong)藝(yi)并開(kai)展相關(guan)基礎研究，也是(shi)(shi)解決常壓下高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼熔焊(han)(han)難題的(de)(de)(de)有效途徑。

   6. 我國高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)研發尚(shang)處于起(qi)步階段，尤其是此(ci)類材(cai)料在典型服(fu)役(yi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中性能劣化的(de)(de)(de)(de)(de)行(xing)為(wei)、失(shi)效機理等(deng)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)研究薄弱，實際服(fu)役(yi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下的(de)(de)(de)(de)(de)相關(guan)數據積累(lei)更為(wei)缺乏，例如：艦(jian)載機用(yong)(yong)航空高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)軸承鋼在高(gao)(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)(gao)速(su)、重載條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕疲勞(lao)失(shi)效機制，海洋(yang)工程(cheng)裝備用(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼在高(gao)(gao)(gao)(gao)氯離子(zi)濃度、高(gao)(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)(gao)濕、浪涌、飛(fei)濺(jian)、海洋(yang)生物(wu)多等(deng)復雜(za)海洋(yang)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中腐(fu)蝕行(xing)為(wei)及失(shi)效機理，相關(guan)基礎數據的(de)(de)(de)(de)(de)缺失(shi)嚴(yan)重制約了高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)研發進(jin)程(cheng)和(he)大規模應用(yong)(yong)。因此(ci)，急需建立模擬高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼在典型服(fu)役(yi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)中性能劣化的(de)(de)(de)(de)(de)研究方法，闡明其失(shi)效機制；同時，加強(qiang)(qiang)服(fu)役(yi)性能數據積累(lei)，為(wei)合金成分的(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)一步優化和(he)應用(yong)(yong)領域的(de)(de)(de)(de)(de)拓展提(ti)供強(qiang)(qiang)有力的(de)(de)(de)(de)(de)數據支(zhi)撐。