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(bu)銹(xiu)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(bu)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)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)作為材料研發(fa)的一(yi)個(ge)新領域，發(fa)展(zhan)潛力巨大(da)。雖然圍繞高(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)冶(ye)金學基礎(chu)、制(zhi)(zhi)備技術(shu)、組織和性能、焊接等方面開展(zhan)了大(da)量研究，但尚(shang)有(you)很多急需解(jie)決的問題(ti)(ti)，特別(bie)是我國(guo)在高(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)基礎(chu)研究、工業(ye)化的加壓(ya)冶(ye)金關鍵(jian)裝備研發(fa)、加壓(ya)冶(ye)金制(zhi)(zhi)備技術(shu)等方面相對薄弱(ruo)。為了推動高(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)向(xiang)高(gao)性能、低成本、規(gui)模化方向(xiang)發(fa)展(zhan)，需解(jie)決以下關鍵(jian)科學和技術(shu)問題(ti)(ti)。

   1. 雖然科研工作者對氮(dan)在不銹(xiu)鋼熔體中的(de)(de)(de)溶解(jie)(jie)行(xing)為(wei)進行(xing)了(le)大量(liang)研究，并(bing)建立了(le)氮(dan)溶解(jie)(jie)度(du)模型和(he)動力(li)(li)學模型，但(dan)大部分氮(dan)含量(liang)數據(ju)是(shi)常(chang)壓下測量(liang)的(de)(de)(de)，加(jia)壓下的(de)(de)(de)數據(ju)仍比較匱(kui)乏，需進一步完(wan)善(shan)，且氮(dan)溶解(jie)(jie)動力(li)(li)學的(de)(de)(de)限制性環節尚(shang)存(cun)在一定(ding)爭議。研究表明，加(jia)壓凝(ning)固能(neng)夠強化(hua)冷(leng)卻、細化(hua)枝晶組織(zhi)，抑制疏松縮(suo)孔，改善(shan)偏析(xi)、夾雜物和(he)析(xi)出相分布(bu)，但(dan)凝(ning)固壓力(li)(li)與(yu)偏析(xi)度(du)和(he)氣孔形成之間的(de)(de)(de)定(ding)量(liang)關系仍需深入研究。氮(dan)含量(liang)的(de)(de)(de)精(jing)(jing)(jing)確控(kong)制與(yu)冶(ye)煉過(guo)程(cheng)氮(dan)的(de)(de)(de)溶解(jie)(jie)行(xing)為(wei)和(he)凝(ning)固過(guo)程(cheng)中氮(dan)的(de)(de)(de)偏析(xi)行(xing)為(wei)密切相關，但(dan)如何(he)精(jing)(jing)(jing)確定(ding)量(liang)化(hua)冶(ye)煉和(he)凝(ning)固壓力(li)(li)，以實現鋼中氮(dan)含量(liang)和(he)氮(dan)均勻性的(de)(de)(de)精(jing)(jing)(jing)確控(kong)制，仍然是(shi)值(zhi)得重點關注的(de)(de)(de)問題(ti)。

   2. 高(gao)效快速增氮且易于(yu)精(jing)確(que)控(kong)(kong)氮、適合(he)于(yu)工(gong)業化大規(gui)(gui)模生產(chan)、相對低成本(ben)的(de)高(gao)氮不(bu)銹鋼制備(bei)技術將是(shi)(shi)未來的(de)發展(zhan)方向。目前，添加(jia)(jia)氮化合(he)金(jin)的(de)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣重熔是(shi)(shi)商(shang)業化生產(chan)高(gao)氮不(bu)銹鋼的(de)有效手段(duan)，但存在冶煉(lian)過程渣池沸(fei)騰、氮分(fen)布不(bu)均(jun)(jun)和(he)(he)易增硅等問題，需二次(ci)重熔以改善氮元素(su)分(fen)布均(jun)(jun)勻(yun)性，成本(ben)較高(gao)，且為獲得較高(gao)氮含量(liang)，需提高(gao)熔煉(lian)壓(ya)(ya)力，而(er)這會加(jia)(jia)速設備(bei)損耗。相對于(yu)單(dan)步法工(gong)藝(yi)，加(jia)(jia)壓(ya)(ya)感(gan)應(ying)／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)鋼包(bao)＋加(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣雙聯工(gong)藝(yi)將氮合(he)金(jin)化任務以及凝固組織調控(kong)(kong)和(he)(he)純(chun)凈度提升任務進行分(fen)解，與常規(gui)(gui)工(gong)業化精(jing)煉(lian)裝(zhuang)備(bei)聯合(he)，對于(yu)制備(bei)高(gao)純(chun)、均(jun)(jun)質、氮含量(liang)精(jing)確(que)可(ke)控(kong)(kong)的(de)高(gao)品質高(gao)氮不(bu)銹鋼優勢(shi)顯(xian)著。但仍面(mian)臨加(jia)(jia)壓(ya)(ya)感(gan)應(ying)／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)鋼包(bao)大型化過程中的(de)系列設計和(he)(he)制造問題，同時與之(zhi)配套的(de)工(gong)業化制備(bei)技術仍需完善。

   3. 大量研(yan)(yan)究表明(ming)，氮(dan)能(neng)(neng)夠顯著(zhu)改(gai)善(shan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)力(li)學和腐蝕等諸多性(xing)能(neng)(neng)，但相(xiang)關機制仍(reng)存(cun)在(zai)(zai)一些爭議。例如：氮(dan)促進(jin)(jin)短程(cheng)有序的(de)形成缺(que)乏直接的(de)實驗(yan)證據，是(shi)否能(neng)(neng)促進(jin)(jin)位(wei)錯的(de)平面滑(hua)移，提高(gao)(gao)(gao)加工(gong)硬化(hua)(hua)能(neng)(neng)力(li)，進(jin)(jin)而(er)改(gai)善(shan)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)強塑性(xing)也存(cun)在(zai)(zai)爭議。氮(dan)促進(jin)(jin)NH3/NH的(de)形成可(ke)提高(gao)(gao)(gao)局部(bu)溶液pH,促進(jin)(jin)鈍化(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)鉻和鉬富集是(shi)氮(dan)改(gai)善(shan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)點蝕和縫隙腐蝕廣為接受的(de)理(li)論，其(qi)本質上是(shi)氮(dan)的(de)溶解(jie)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)了(le)其(qi)他(ta)元素的(de)溶解(jie)和沉積過(guo)程(cheng)，但局部(bu)溶液pH的(de)改(gai)善(shan)如何(he)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)其(qi)他(ta)元素的(de)溶解(jie)和沉積過(guo)程(cheng)及其(qi)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)程(cheng)度(du)缺(que)乏相(xiang)關的(de)理(li)論計(ji)算。此外，從原子尺度(du)揭示氮(dan)對位(wei)錯、層錯和孿(luan)晶等晶格缺(que)陷的(de)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)規律仍(reng)需深入(ru)研(yan)(yan)究。基(ji)于以(yi)氮(dan)代碳(tan)的(de)合金設計(ji)理(li)念，開發了(le)系列高(gao)(gao)(gao)氮(dan)工(gong)模(mo)具鋼(gang)和軸承(cheng)鋼(gang)，其(qi)核心(xin)是(shi)細(xi)小彌散氮(dan)化(hua)(hua)物的(de)析(xi)(xi)出(chu)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)了(le)粗大碳(tan)化(hua)(hua)物的(de)析(xi)(xi)出(chu)過(guo)程(cheng)，氮(dan)的(de)固溶強化(hua)(hua)和析(xi)(xi)出(chu)強化(hua)(hua)改(gai)善(shan)了(le)材料的(de)強韌性(xing)。然而(er)，氮(dan)與釩協(xie)同如何(he)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)工(gong)模(mo)具鋼(gang)和軸承(cheng)鋼(gang)中(zhong)析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)的(de)形成過(guo)程(cheng)，進(jin)(jin)而(er)影響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)其(qi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)研(yan)(yan)究尚需深入(ru)。

   4. 作為正在繁(fan)榮(rong)發(fa)展(zhan)的(de)高氮馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼（如工模具鋼、軸承(cheng)鋼等），與之配套的(de)熱(re)處理(li)工藝是調控(kong)其析出相（碳化物、氮化物等）及馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)和(he)殘余奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)含量、形(xing)態、尺寸和(he)分布等組織，決定(ding)產品最(zui)終性(xing)能、服役壽命(ming)和(he)可靠(kao)性(xing)的(de)關(guan)鍵環節。發(fa)展(zhan)新型的(de)熱(re)處理(li)工藝［如淬火－深冷－配分－回火（Q-C-P-T)],明(ming)晰高氮馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼在熱(re)處理(li)過程中(zhong)的(de)組織演(yan)變規(gui)律，闡(chan)明(ming)氮元素的(de)擴散行為及其對組織和(he)性(xing)能的(de)影響機理(li)，以實現組織和(he)性(xing)能的(de)精確調控(kong)將是熱(re)處理(li)工藝的(de)研究熱(re)點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)仍(reng)是(shi)制(zhi)約(yue)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)品種(zhong)開(kai)(kai)發和工程化(hua)(hua)廣泛應用的(de)(de)瓶(ping)頸之一。針(zhen)對高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)傳(chuan)統熔(rong)焊(han)(han)(han)(han)中仍(reng)存在(zai)氮氣逸出(chu)導致(zhi)氮損(sun)失、氮化(hua)(hua)物(wu)大量析出(chu)等難(nan)題(ti)，固相(xiang)(xiang)連接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)攪拌摩擦焊(han)(han)(han)(han)技術(shu)為(wei)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)提供一條(tiao)新(xin)思路和新(xin)途徑。由于高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)熔(rong)點、硬(ying)(ying)度、加工硬(ying)(ying)化(hua)(hua)能(neng)力(li)，該技術(shu)仍(reng)存在(zai)攪拌針(zhen)磨(mo)損(sun)問(wen)題(ti)比較嚴重(zhong)，且無法高(gao)(gao)(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)很厚的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)件等問(wen)題(ti)。激(ji)光(guang)輔助加熱(re)的(de)(de)攪拌摩擦焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)將是(shi)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)未來的(de)(de)發展方向(xiang)(xiang)，通過精確控(kong)制(zhi)激(ji)光(guang)能(neng)量輸入和預熱(re)區(qu)域對焊(han)(han)(han)(han)件預熱(re)，降低焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)需(xu)(xu)要(yao)的(de)(de)摩擦熱(re)和焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)在(zai)敏化(hua)(hua)溫度停留時(shi)間，從(cong)而一定程度上減輕攪拌針(zhen)的(de)(de)磨(mo)損(sun)和減小焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)影響區(qu)的(de)(de)氮化(hua)(hua)物(wu)等二次(ci)相(xiang)(xiang)析出(chu)傾向(xiang)(xiang)，提高(gao)(gao)(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)速度和焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)量。因(yin)此，急(ji)需(xu)(xu)對激(ji)光(guang)輔助加熱(re)的(de)(de)攪拌摩擦焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工藝理論、模擬、性能(neng)及相(xiang)(xiang)關機理方面開(kai)(kai)展深入研究。此外(wai)，發展加壓(ya)熔(rong)焊(han)(han)(han)(han)裝備、工藝并開(kai)(kai)展相(xiang)(xiang)關基(ji)礎研究，也是(shi)解決常壓(ya)下高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)熔(rong)焊(han)(han)(han)(han)難(nan)題(ti)的(de)(de)有(you)效途徑。

   6. 我國高氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)研(yan)(yan)發尚處(chu)于起步階段，尤其(qi)是此類(lei)材料(liao)在典型服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)性能劣化(hua)的(de)(de)行(xing)為(wei)、失效機(ji)理(li)等方面的(de)(de)研(yan)(yan)究薄弱，實際服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)(jing)下的(de)(de)相(xiang)關(guan)數(shu)(shu)據積累(lei)更為(wei)缺(que)乏，例如：艦載機(ji)用航空高氮(dan)不(bu)銹(xiu)軸承(cheng)鋼(gang)(gang)在高溫(wen)、高速(su)、重載條(tiao)件下的(de)(de)腐蝕疲勞失效機(ji)制，海(hai)(hai)洋工程(cheng)裝備用高氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在高氯離(li)子濃度、高溫(wen)、高濕、浪涌、飛濺(jian)、海(hai)(hai)洋生(sheng)物(wu)多等復(fu)雜海(hai)(hai)洋環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)腐蝕行(xing)為(wei)及(ji)失效機(ji)理(li)，相(xiang)關(guan)基礎數(shu)(shu)據的(de)(de)缺(que)失嚴(yan)重制約了高氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)研(yan)(yan)發進程(cheng)和大規(gui)模應用。因此，急需建立模擬高氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在典型服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)性能劣化(hua)的(de)(de)研(yan)(yan)究方法，闡明其(qi)失效機(ji)制；同(tong)時，加強服(fu)役(yi)性能數(shu)(shu)據積累(lei)，為(wei)合金成(cheng)分的(de)(de)進一步優化(hua)和應用領域(yu)的(de)(de)拓展提供強有力的(de)(de)數(shu)(shu)據支(zhi)撐。