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(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)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)作為材料(liao)研發(fa)的一個新(xin)領域(yu)，發(fa)展(zhan)潛力巨(ju)大。雖(sui)然圍繞(rao)高(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)冶金學(xue)基礎、制備技術(shu)、組織和性(xing)(xing)能、焊接等方面(mian)開展(zhan)了大量研究，但尚有很多急需(xu)解決的問(wen)(wen)題(ti)，特別是我(wo)國(guo)在高(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)基礎研究、工業化(hua)的加壓冶金關(guan)鍵裝備研發(fa)、加壓冶金制備技術(shu)等方面(mian)相(xiang)對薄弱。為了推動高(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)向高(gao)性(xing)(xing)能、低成本、規模(mo)化(hua)方向發(fa)展(zhan)，需(xu)解決以下關(guan)鍵科學(xue)和技術(shu)問(wen)(wen)題(ti)。

   1. 雖(sui)然科研(yan)工作者對氮(dan)(dan)在不(bu)銹鋼(gang)熔體中的(de)(de)溶(rong)(rong)解行為進行了(le)大量(liang)研(yan)究，并建(jian)立(li)了(le)氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解度(du)模型(xing)和(he)動力學(xue)(xue)模型(xing)，但大部分(fen)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)數據(ju)(ju)是常壓(ya)下(xia)(xia)測(ce)量(liang)的(de)(de)，加(jia)壓(ya)下(xia)(xia)的(de)(de)數據(ju)(ju)仍(reng)比較匱乏(fa)，需(xu)進一步完善(shan)，且氮(dan)(dan)溶(rong)(rong)解動力學(xue)(xue)的(de)(de)限制(zhi)(zhi)性(xing)環節尚(shang)存在一定(ding)爭(zheng)議。研(yan)究表明，加(jia)壓(ya)凝(ning)固(gu)能夠(gou)強化冷(leng)卻、細化枝晶組織，抑制(zhi)(zhi)疏松縮孔，改善(shan)偏(pian)析(xi)、夾雜物和(he)析(xi)出相(xiang)分(fen)布，但凝(ning)固(gu)壓(ya)力與(yu)偏(pian)析(xi)度(du)和(he)氣(qi)孔形成(cheng)之間的(de)(de)定(ding)量(liang)關系仍(reng)需(xu)深(shen)入研(yan)究。氮(dan)(dan)含(han)量(liang)的(de)(de)精(jing)確(que)(que)控(kong)制(zhi)(zhi)與(yu)冶(ye)煉過(guo)程(cheng)氮(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解行為和(he)凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)中氮(dan)(dan)的(de)(de)偏(pian)析(xi)行為密切相(xiang)關，但如何精(jing)確(que)(que)定(ding)量(liang)化冶(ye)煉和(he)凝(ning)固(gu)壓(ya)力，以實現鋼(gang)中氮(dan)(dan)含(han)量(liang)和(he)氮(dan)(dan)均勻性(xing)的(de)(de)精(jing)確(que)(que)控(kong)制(zhi)(zhi)，仍(reng)然是值得重點(dian)關注的(de)(de)問(wen)題。

   2. 高(gao)效快速增(zeng)(zeng)氮(dan)(dan)(dan)且(qie)(qie)易于(yu)精(jing)確控氮(dan)(dan)(dan)、適合(he)(he)于(yu)工(gong)業化(hua)(hua)大規(gui)模生(sheng)產(chan)、相(xiang)對(dui)低成(cheng)本的(de)(de)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制備(bei)技(ji)術將是(shi)未來的(de)(de)發展方向。目前，添加(jia)(jia)(jia)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)合(he)(he)金的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣重熔是(shi)商業化(hua)(hua)生(sheng)產(chan)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)有效手段，但存在冶煉過程渣池沸騰、氮(dan)(dan)(dan)分(fen)布不(bu)均(jun)(jun)和(he)易增(zeng)(zeng)硅等問題，需(xu)(xu)二(er)次重熔以改(gai)善氮(dan)(dan)(dan)元(yuan)素分(fen)布均(jun)(jun)勻性，成(cheng)本較(jiao)高(gao)，且(qie)(qie)為(wei)獲得(de)較(jiao)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)，需(xu)(xu)提高(gao)熔煉壓(ya)(ya)力，而(er)這會加(jia)(jia)(jia)速設備(bei)損耗。相(xiang)對(dui)于(yu)單步法工(gong)藝，加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)感應／加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)鋼(gang)包(bao)＋加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣雙聯工(gong)藝將氮(dan)(dan)(dan)合(he)(he)金化(hua)(hua)任務以及(ji)凝固組織調控和(he)純(chun)凈度提升任務進行分(fen)解，與常規(gui)工(gong)業化(hua)(hua)精(jing)煉裝備(bei)聯合(he)(he)，對(dui)于(yu)制備(bei)高(gao)純(chun)、均(jun)(jun)質、氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)精(jing)確可控的(de)(de)高(gao)品質高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)優勢顯著。但仍面(mian)臨加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)感應／加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)鋼(gang)包(bao)大型化(hua)(hua)過程中的(de)(de)系(xi)列(lie)設計和(he)制造問題，同時與之配套(tao)的(de)(de)工(gong)業化(hua)(hua)制備(bei)技(ji)術仍需(xu)(xu)完善。

   3. 大(da)量研(yan)究表明，氮(dan)(dan)能(neng)夠顯著(zhu)改(gai)善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力學和(he)(he)(he)(he)腐蝕等諸(zhu)多性(xing)能(neng)，但(dan)相關機(ji)制(zhi)仍存在一些爭(zheng)議(yi)。例如(ru)：氮(dan)(dan)促進(jin)短程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)缺乏直(zhi)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗證(zheng)據(ju)，是否能(neng)促進(jin)位(wei)錯的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)面滑移，提(ti)高(gao)加工(gong)硬化能(neng)力，進(jin)而改(gai)善(shan)高(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強塑性(xing)也存在爭(zheng)議(yi)。氮(dan)(dan)促進(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)可提(ti)高(gao)局(ju)部(bu)溶液pH,促進(jin)鈍化膜中鉻和(he)(he)(he)(he)鉬富集(ji)是氮(dan)(dan)改(gai)善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)點蝕和(he)(he)(he)(he)縫隙(xi)腐蝕廣(guang)為接(jie)(jie)受的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論，其(qi)(qi)本質上是氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)了(le)(le)其(qi)(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解和(he)(he)(he)(he)沉積過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，但(dan)局(ju)部(bu)溶液pH的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善(shan)如(ru)何(he)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)其(qi)(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解和(he)(he)(he)(he)沉積過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)及其(qi)(qi)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)度(du)缺乏相關的(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論計(ji)算(suan)。此外，從原(yuan)子尺度(du)揭示(shi)氮(dan)(dan)對(dui)位(wei)錯、層錯和(he)(he)(he)(he)孿晶(jing)等晶(jing)格缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)規律(lv)仍需深(shen)入研(yan)究。基(ji)于以氮(dan)(dan)代碳的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)設計(ji)理(li)念，開(kai)發了(le)(le)系列高(gao)氮(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)，其(qi)(qi)核心是細小彌散氮(dan)(dan)化物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)了(le)(le)粗(cu)大(da)碳化物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶強化和(he)(he)(he)(he)析(xi)出(chu)強化改(gai)善(shan)了(le)(le)材料的(de)(de)(de)(de)(de)強韌(ren)性(xing)。然而，氮(dan)(dan)與釩協同如(ru)何(he)影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)高(gao)氮(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)中析(xi)出(chu)相的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，進(jin)而影(ying)(ying)(ying)響(xiang)(xiang)其(qi)(qi)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究尚需深(shen)入。

   4. 作為正(zheng)在(zai)繁(fan)榮(rong)發(fa)展(zhan)的(de)(de)高(gao)氮馬氏體(ti)不銹鋼(gang)（如工(gong)模(mo)具鋼(gang)、軸(zhou)承鋼(gang)等），與之配(pei)(pei)套的(de)(de)熱處(chu)理(li)(li)工(gong)藝是調控(kong)其(qi)析(xi)出相（碳化物、氮化物等）及(ji)馬氏體(ti)和(he)(he)殘(can)余奧氏體(ti)含量、形態、尺(chi)寸和(he)(he)分布等組(zu)織，決定產(chan)品(pin)最終性能、服役壽(shou)命和(he)(he)可靠性的(de)(de)關(guan)鍵(jian)環節。發(fa)展(zhan)新型的(de)(de)熱處(chu)理(li)(li)工(gong)藝［如淬火－深冷－配(pei)(pei)分－回火（Q-C-P-T)],明晰高(gao)氮馬氏體(ti)不銹鋼(gang)在(zai)熱處(chu)理(li)(li)過(guo)程中的(de)(de)組(zu)織演變(bian)規(gui)律，闡明氮元素(su)的(de)(de)擴散行為及(ji)其(qi)對組(zu)織和(he)(he)性能的(de)(de)影響機理(li)(li)，以實現組(zu)織和(he)(he)性能的(de)(de)精(jing)確調控(kong)將(jiang)是熱處(chu)理(li)(li)工(gong)藝的(de)(de)研(yan)究熱點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技(ji)術仍是(shi)制約高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼品種開(kai)(kai)發(fa)(fa)和工程化廣(guang)泛應用的(de)(de)(de)瓶(ping)頸之一(yi)。針對高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼傳(chuan)統熔焊(han)(han)(han)(han)(han)中(zhong)仍存在(zai)氮(dan)(dan)(dan)氣逸出導(dao)致氮(dan)(dan)(dan)損(sun)失(shi)、氮(dan)(dan)(dan)化物大量(liang)(liang)析出等難(nan)題(ti)，固相連接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)攪拌摩(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)技(ji)術為(wei)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)質(zhi)量(liang)(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)提供一(yi)條新思路和新途(tu)徑(jing)。由于(yu)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)熔點、硬度、加工硬化能(neng)力，該技(ji)術仍存在(zai)攪拌針磨損(sun)問(wen)題(ti)比較嚴重，且無法高(gao)(gao)(gao)(gao)質(zhi)量(liang)(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)很(hen)厚的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)件等問(wen)題(ti)。激光輔助(zhu)加熱(re)的(de)(de)(de)攪拌摩(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)將是(shi)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技(ji)術未(wei)來(lai)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展方向(xiang)(xiang)，通過(guo)精確控制激光能(neng)量(liang)(liang)輸(shu)入(ru)和預熱(re)區(qu)域(yu)對焊(han)(han)(han)(han)(han)件預熱(re)，降低焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)需要的(de)(de)(de)摩(mo)擦熱(re)和焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)頭在(zai)敏化溫(wen)度停留時間(jian)，從而一(yi)定程度上減(jian)(jian)輕(qing)攪拌針的(de)(de)(de)磨損(sun)和減(jian)(jian)小焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱(re)影響(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化物等二次(ci)相析出傾向(xiang)(xiang)，提高(gao)(gao)(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)速度和焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)質(zhi)量(liang)(liang)。因此，急(ji)需對激光輔助(zhu)加熱(re)的(de)(de)(de)攪拌摩(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝理(li)論(lun)、模(mo)擬、性能(neng)及相關機理(li)方面開(kai)(kai)展深入(ru)研究。此外，發(fa)(fa)展加壓熔焊(han)(han)(han)(han)(han)裝備、工藝并開(kai)(kai)展相關基礎研究，也是(shi)解決常壓下高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼熔焊(han)(han)(han)(han)(han)難(nan)題(ti)的(de)(de)(de)有效途(tu)徑(jing)。

   6. 我國高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)研(yan)(yan)發(fa)尚處于起步階段，尤其是此(ci)類材料在典(dian)型服役環(huan)境中性(xing)能劣化的(de)行(xing)為、失效機(ji)理等方(fang)面(mian)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)薄弱，實際服役環(huan)境下(xia)的(de)相(xiang)(xiang)關數據(ju)積累更為缺(que)(que)乏，例(li)如：艦載機(ji)用航空高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)軸承鋼(gang)在高(gao)(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)(gao)速、重(zhong)載條(tiao)件下(xia)的(de)腐蝕疲勞失效機(ji)制(zhi)(zhi)，海(hai)洋工程裝備(bei)用高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在高(gao)(gao)(gao)氯離子濃(nong)度、高(gao)(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)(gao)濕、浪涌、飛濺、海(hai)洋生物(wu)多等復雜海(hai)洋環(huan)境中腐蝕行(xing)為及失效機(ji)理，相(xiang)(xiang)關基礎(chu)數據(ju)的(de)缺(que)(que)失嚴重(zhong)制(zhi)(zhi)約了高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)研(yan)(yan)發(fa)進(jin)程和大規模應用。因此(ci)，急需(xu)建立模擬高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在典(dian)型服役環(huan)境中性(xing)能劣化的(de)研(yan)(yan)究(jiu)方(fang)法，闡明其失效機(ji)制(zhi)(zhi)；同時(shi)，加強服役性(xing)能數據(ju)積累，為合(he)金(jin)成分的(de)進(jin)一步優化和應用領域的(de)拓展提供強有力的(de)數據(ju)支撐。