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(xiu)鋼作(zuo)為材料(liao)研發的一(yi)個(ge)新領(ling)域，發展(zhan)潛力巨(ju)大。雖然圍繞高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼冶(ye)(ye)金學基礎、制備(bei)技術、組織和性能、焊接等(deng)方面開展(zhan)了大量研究(jiu)，但尚(shang)有(you)很多急需解決(jue)的問(wen)題(ti)，特別是我國在高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼基礎研究(jiu)、工業化的加壓(ya)冶(ye)(ye)金關鍵裝(zhuang)備(bei)研發、加壓(ya)冶(ye)(ye)金制備(bei)技術等(deng)方面相對薄弱。為了推動高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼向高(gao)性能、低成本、規模化方向發展(zhan)，需解決(jue)以下關鍵科(ke)學和技術問(wen)題(ti)。

   1. 雖(sui)然(ran)(ran)科研工作(zuo)者對氮(dan)(dan)在(zai)不銹鋼熔體中(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)行(xing)為進行(xing)了(le)大(da)量(liang)(liang)(liang)研究，并建(jian)立了(le)氮(dan)(dan)溶解(jie)(jie)度(du)模型和(he)(he)動力學(xue)模型，但(dan)大(da)部(bu)分(fen)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)數據(ju)是常壓(ya)(ya)下測量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)，加壓(ya)(ya)下的(de)(de)數據(ju)仍(reng)比較(jiao)匱乏(fa)，需進一步完(wan)善(shan)，且氮(dan)(dan)溶解(jie)(jie)動力學(xue)的(de)(de)限制(zhi)性(xing)環節(jie)尚(shang)存在(zai)一定爭議(yi)。研究表(biao)明，加壓(ya)(ya)凝(ning)固能夠(gou)強(qiang)化冷卻、細化枝晶組織，抑制(zhi)疏松縮孔，改(gai)善(shan)偏析(xi)、夾雜物(wu)和(he)(he)析(xi)出相(xiang)分(fen)布(bu)，但(dan)凝(ning)固壓(ya)(ya)力與偏析(xi)度(du)和(he)(he)氣孔形成之間的(de)(de)定量(liang)(liang)(liang)關(guan)系仍(reng)需深入研究。氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)精確(que)控(kong)制(zhi)與冶(ye)煉(lian)過程(cheng)氮(dan)(dan)的(de)(de)溶解(jie)(jie)行(xing)為和(he)(he)凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)偏析(xi)行(xing)為密切相(xiang)關(guan)，但(dan)如何精確(que)定量(liang)(liang)(liang)化冶(ye)煉(lian)和(he)(he)凝(ning)固壓(ya)(ya)力，以實現鋼中(zhong)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)(liang)和(he)(he)氮(dan)(dan)均勻性(xing)的(de)(de)精確(que)控(kong)制(zhi)，仍(reng)然(ran)(ran)是值得重(zhong)點關(guan)注的(de)(de)問(wen)題(ti)。

   2. 高(gao)效快速增氮(dan)(dan)且易(yi)于精(jing)(jing)確(que)控(kong)(kong)氮(dan)(dan)、適合(he)(he)于工業化(hua)大規(gui)模生(sheng)(sheng)產、相對(dui)低成(cheng)本的(de)(de)(de)高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制備(bei)技(ji)術(shu)將是(shi)未來的(de)(de)(de)發展(zhan)方向。目前，添加(jia)氮(dan)(dan)化(hua)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)加(jia)壓(ya)電(dian)渣重熔是(shi)商業化(hua)生(sheng)(sheng)產高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)有效手(shou)段，但(dan)存(cun)在冶煉過(guo)(guo)程渣池沸騰、氮(dan)(dan)分布(bu)(bu)不(bu)均和(he)(he)易(yi)增硅等問題，需二次(ci)重熔以改善氮(dan)(dan)元素分布(bu)(bu)均勻性，成(cheng)本較高(gao)，且為(wei)獲得較高(gao)氮(dan)(dan)含量，需提高(gao)熔煉壓(ya)力，而這(zhe)會(hui)加(jia)速設(she)備(bei)損耗。相對(dui)于單步(bu)法(fa)工藝(yi)，加(jia)壓(ya)感應(ying)(ying)／加(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包＋加(jia)壓(ya)電(dian)渣雙聯工藝(yi)將氮(dan)(dan)合(he)(he)金(jin)化(hua)任務以及凝(ning)固(gu)組織(zhi)調(diao)控(kong)(kong)和(he)(he)純(chun)凈度(du)提升任務進行(xing)分解，與常規(gui)工業化(hua)精(jing)(jing)煉裝備(bei)聯合(he)(he)，對(dui)于制備(bei)高(gao)純(chun)、均質、氮(dan)(dan)含量精(jing)(jing)確(que)可控(kong)(kong)的(de)(de)(de)高(gao)品質高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)優勢顯(xian)著。但(dan)仍面臨加(jia)壓(ya)感應(ying)(ying)／加(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包大型化(hua)過(guo)(guo)程中的(de)(de)(de)系列設(she)計和(he)(he)制造問題，同時(shi)與之(zhi)配套的(de)(de)(de)工業化(hua)制備(bei)技(ji)術(shu)仍需完(wan)善。

   3. 大量研(yan)究(jiu)表明，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)夠顯(xian)著改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學和(he)腐(fu)蝕等(deng)諸多性能(neng)，但相關機(ji)制仍存(cun)在一些爭(zheng)議(yi)。例如：氮(dan)(dan)(dan)促(cu)(cu)進短程(cheng)(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成缺乏(fa)直接的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)證據(ju)，是(shi)否能(neng)促(cu)(cu)進位錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)(de)(de)平面滑移，提高加工(gong)硬化(hua)(hua)能(neng)力(li)，進而改(gai)善(shan)高氮(dan)(dan)(dan)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強塑性也存(cun)在爭(zheng)議(yi)。氮(dan)(dan)(dan)促(cu)(cu)進NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成可提高局(ju)部溶(rong)液pH,促(cu)(cu)進鈍化(hua)(hua)膜(mo)中鉻和(he)鉬富(fu)集是(shi)氮(dan)(dan)(dan)改(gai)善(shan)不銹鋼(gang)(gang)點蝕和(he)縫隙腐(fu)蝕廣為接受的(de)(de)(de)(de)(de)理論，其(qi)(qi)本質(zhi)上(shang)是(shi)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)影響(xiang)(xiang)了(le)其(qi)(qi)他(ta)元素的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)和(he)沉積過程(cheng)(cheng)，但局(ju)部溶(rong)液pH的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善(shan)如何影響(xiang)(xiang)其(qi)(qi)他(ta)元素的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)和(he)沉積過程(cheng)(cheng)及其(qi)(qi)影響(xiang)(xiang)程(cheng)(cheng)度缺乏(fa)相關的(de)(de)(de)(de)(de)理論計算。此外，從原(yuan)子尺(chi)度揭示氮(dan)(dan)(dan)對位錯(cuo)(cuo)、層錯(cuo)(cuo)和(he)孿(luan)晶等(deng)晶格缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)規律仍需深入研(yan)究(jiu)。基于(yu)以氮(dan)(dan)(dan)代碳的(de)(de)(de)(de)(de)合金設計理念，開(kai)發了(le)系列(lie)高氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)(gang)和(he)軸承鋼(gang)(gang)，其(qi)(qi)核(he)心(xin)是(shi)細小彌散氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析出影響(xiang)(xiang)了(le)粗大碳化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)析出過程(cheng)(cheng)，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶(rong)強化(hua)(hua)和(he)析出強化(hua)(hua)改(gai)善(shan)了(le)材料的(de)(de)(de)(de)(de)強韌性。然而，氮(dan)(dan)(dan)與釩協同如何影響(xiang)(xiang)高氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)(gang)和(he)軸承鋼(gang)(gang)中析出相的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成過程(cheng)(cheng)，進而影響(xiang)(xiang)其(qi)(qi)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)尚需深入。

   4. 作為正在繁榮發展(zhan)的(de)(de)高氮馬氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)（如(ru)工(gong)模具鋼(gang)(gang)、軸承鋼(gang)(gang)等(deng)），與之配套的(de)(de)熱(re)處理(li)(li)工(gong)藝(yi)是調(diao)控其析出相（碳(tan)化物(wu)、氮化物(wu)等(deng)）及馬氏(shi)體和(he)(he)殘(can)余奧(ao)氏(shi)體含(han)量(liang)、形態、尺寸(cun)和(he)(he)分(fen)布(bu)等(deng)組(zu)織(zhi)，決定產品最終性(xing)能、服役壽命和(he)(he)可靠(kao)性(xing)的(de)(de)關鍵環節。發展(zhan)新型的(de)(de)熱(re)處理(li)(li)工(gong)藝(yi)［如(ru)淬火(huo)－深(shen)冷－配分(fen)－回(hui)火(huo)（Q-C-P-T)],明(ming)晰(xi)高氮馬氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)在熱(re)處理(li)(li)過程中的(de)(de)組(zu)織(zhi)演變(bian)規律(lv)，闡明(ming)氮元素的(de)(de)擴散行為及其對組(zu)織(zhi)和(he)(he)性(xing)能的(de)(de)影響(xiang)機理(li)(li)，以實現組(zu)織(zhi)和(he)(he)性(xing)能的(de)(de)精確調(diao)控將是熱(re)處理(li)(li)工(gong)藝(yi)的(de)(de)研究熱(re)點。

   5. 高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)仍是制約高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)品種開發和(he)(he)工(gong)程化廣泛應用的(de)瓶頸之一。針(zhen)對(dui)高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)傳統(tong)熔(rong)(rong)焊(han)(han)(han)中仍存在氮(dan)氣(qi)逸出(chu)導致(zhi)氮(dan)損失、氮(dan)化物大量(liang)析出(chu)等難(nan)(nan)題，固(gu)相(xiang)(xiang)連接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)攪(jiao)(jiao)拌摩擦焊(han)(han)(han)技術(shu)為高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)高(gao)質(zhi)(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)提(ti)供一條新(xin)思路和(he)(he)新(xin)途(tu)徑(jing)。由于高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)高(gao)的(de)熔(rong)(rong)點、硬(ying)度(du)(du)、加(jia)工(gong)硬(ying)化能(neng)力，該技術(shu)仍存在攪(jiao)(jiao)拌針(zhen)磨損問題比較嚴重，且無(wu)法高(gao)質(zhi)(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)很厚的(de)焊(han)(han)(han)件(jian)等問題。激(ji)光(guang)輔(fu)助(zhu)加(jia)熱(re)(re)(re)的(de)攪(jiao)(jiao)拌摩擦焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)將是高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)未來的(de)發展方向，通過(guo)精確(que)控制激(ji)光(guang)能(neng)量(liang)輸入和(he)(he)預熱(re)(re)(re)區域對(dui)焊(han)(han)(han)件(jian)預熱(re)(re)(re)，降(jiang)低焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)需要(yao)的(de)摩擦熱(re)(re)(re)和(he)(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭在敏化溫度(du)(du)停留時間，從而一定程度(du)(du)上(shang)減輕攪(jiao)(jiao)拌針(zhen)的(de)磨損和(he)(he)減小焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)(re)(re)影(ying)響區的(de)氮(dan)化物等二次(ci)相(xiang)(xiang)析出(chu)傾向，提(ti)高(gao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)速度(du)(du)和(he)(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)量(liang)。因此(ci)(ci)，急需對(dui)激(ji)光(guang)輔(fu)助(zhu)加(jia)熱(re)(re)(re)的(de)攪(jiao)(jiao)拌摩擦焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)藝(yi)理論(lun)、模擬、性能(neng)及相(xiang)(xiang)關機理方面開展深入研究。此(ci)(ci)外，發展加(jia)壓熔(rong)(rong)焊(han)(han)(han)裝備、工(gong)藝(yi)并(bing)開展相(xiang)(xiang)關基礎研究，也是解決常壓下(xia)高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)熔(rong)(rong)焊(han)(han)(han)難(nan)(nan)題的(de)有(you)效途(tu)徑(jing)。

   6. 我國高(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)發尚處于起步(bu)階段，尤(you)其(qi)是此(ci)(ci)類材料在(zai)典型(xing)服役(yi)環境中性(xing)(xing)能(neng)劣(lie)化的(de)(de)行(xing)(xing)為(wei)、失(shi)(shi)(shi)效機(ji)(ji)(ji)理等(deng)方面的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究薄弱，實際(ji)服役(yi)環境下的(de)(de)相關數(shu)據積累更為(wei)缺乏，例如：艦載機(ji)(ji)(ji)用(yong)航空高(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)軸(zhou)承鋼(gang)在(zai)高(gao)溫(wen)、高(gao)速、重載條件(jian)下的(de)(de)腐蝕(shi)疲勞失(shi)(shi)(shi)效機(ji)(ji)(ji)制(zhi)，海(hai)洋(yang)(yang)工程(cheng)裝備(bei)用(yong)高(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)高(gao)氯離(li)子濃度(du)、高(gao)溫(wen)、高(gao)濕(shi)、浪涌、飛濺(jian)、海(hai)洋(yang)(yang)生(sheng)物多等(deng)復雜(za)海(hai)洋(yang)(yang)環境中腐蝕(shi)行(xing)(xing)為(wei)及失(shi)(shi)(shi)效機(ji)(ji)(ji)理，相關基礎數(shu)據的(de)(de)缺失(shi)(shi)(shi)嚴重制(zhi)約了高(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)發進(jin)程(cheng)和(he)大規模(mo)應用(yong)。因此(ci)(ci)，急需建立模(mo)擬高(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)典型(xing)服役(yi)環境中性(xing)(xing)能(neng)劣(lie)化的(de)(de)研(yan)(yan)(yan)究方法，闡明其(qi)失(shi)(shi)(shi)效機(ji)(ji)(ji)制(zhi)；同時，加強服役(yi)性(xing)(xing)能(neng)數(shu)據積累，為(wei)合金成(cheng)分的(de)(de)進(jin)一(yi)步(bu)優(you)化和(he)應用(yong)領域的(de)(de)拓展提(ti)供強有力的(de)(de)數(shu)據支撐。