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(gao)氮不(bu)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(bu)銹(xiu)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。

  高氮不銹(xiu)鋼(gang)作為材料(liao)研(yan)(yan)(yan)發(fa)的一(yi)個(ge)新領域，發(fa)展潛(qian)力巨大。雖然圍(wei)繞高氮不銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)金(jin)學基(ji)礎、制備技(ji)術(shu)、組織和性(xing)能、焊接等(deng)方(fang)面開展了(le)大量(liang)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，但尚(shang)有很多急需(xu)解(jie)(jie)決(jue)的問題，特別是我國在高氮不銹(xiu)鋼(gang)基(ji)礎研(yan)(yan)(yan)究(jiu)、工業化的加(jia)壓冶(ye)金(jin)關鍵裝(zhuang)備研(yan)(yan)(yan)發(fa)、加(jia)壓冶(ye)金(jin)制備技(ji)術(shu)等(deng)方(fang)面相對薄弱。為了(le)推動高氮不銹(xiu)鋼(gang)向高性(xing)能、低成本(ben)、規模化方(fang)向發(fa)展，需(xu)解(jie)(jie)決(jue)以下關鍵科學和技(ji)術(shu)問題。

   1. 雖然(ran)科研工(gong)作者對氮在不銹(xiu)鋼熔體中的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)行(xing)(xing)為(wei)進(jin)行(xing)(xing)了大量(liang)(liang)(liang)研究(jiu)，并建立了氮溶解(jie)度(du)(du)模型(xing)和動(dong)力學模型(xing)，但大部分氮含量(liang)(liang)(liang)數(shu)據是常壓下測量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)，加壓下的(de)(de)(de)(de)數(shu)據仍(reng)(reng)比較(jiao)匱乏，需(xu)(xu)進(jin)一(yi)步完善(shan)(shan)，且(qie)氮溶解(jie)動(dong)力學的(de)(de)(de)(de)限制性環(huan)節尚存在一(yi)定(ding)爭議。研究(jiu)表(biao)明，加壓凝(ning)(ning)固(gu)(gu)能夠強化(hua)(hua)冷卻、細化(hua)(hua)枝晶組織，抑(yi)制疏松縮孔，改善(shan)(shan)偏(pian)析、夾雜(za)物和析出相分布，但凝(ning)(ning)固(gu)(gu)壓力與(yu)偏(pian)析度(du)(du)和氣孔形成之間的(de)(de)(de)(de)定(ding)量(liang)(liang)(liang)關(guan)系仍(reng)(reng)需(xu)(xu)深(shen)入研究(jiu)。氮含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)精(jing)確控(kong)(kong)制與(yu)冶煉(lian)(lian)過(guo)程氮的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)行(xing)(xing)為(wei)和凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中氮的(de)(de)(de)(de)偏(pian)析行(xing)(xing)為(wei)密切相關(guan)，但如何(he)精(jing)確定(ding)量(liang)(liang)(liang)化(hua)(hua)冶煉(lian)(lian)和凝(ning)(ning)固(gu)(gu)壓力，以實現鋼中氮含量(liang)(liang)(liang)和氮均勻性的(de)(de)(de)(de)精(jing)確控(kong)(kong)制，仍(reng)(reng)然(ran)是值得重點關(guan)注的(de)(de)(de)(de)問題。

   2. 高(gao)(gao)效(xiao)快速(su)增氮(dan)(dan)(dan)且易(yi)于(yu)精確(que)控(kong)氮(dan)(dan)(dan)、適合(he)于(yu)工(gong)業化大規(gui)(gui)模(mo)生產、相(xiang)(xiang)對(dui)低成(cheng)本的(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼制備(bei)技術將是未(wei)來的(de)發(fa)展方向。目(mu)前，添加氮(dan)(dan)(dan)化合(he)金(jin)的(de)加壓(ya)(ya)(ya)電(dian)渣(zha)重熔(rong)是商業化生產高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼的(de)有效(xiao)手(shou)段，但存(cun)在冶(ye)煉(lian)過(guo)程渣(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)(dan)分(fen)布不均(jun)和(he)易(yi)增硅(gui)等問題，需二次重熔(rong)以(yi)改善(shan)氮(dan)(dan)(dan)元(yuan)素(su)分(fen)布均(jun)勻性，成(cheng)本較(jiao)高(gao)(gao)，且為獲得較(jiao)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)含(han)量，需提高(gao)(gao)熔(rong)煉(lian)壓(ya)(ya)(ya)力(li)，而這會加速(su)設(she)(she)備(bei)損耗(hao)。相(xiang)(xiang)對(dui)于(yu)單步法工(gong)藝(yi)，加壓(ya)(ya)(ya)感應／加壓(ya)(ya)(ya)鋼包(bao)＋加壓(ya)(ya)(ya)電(dian)渣(zha)雙聯工(gong)藝(yi)將氮(dan)(dan)(dan)合(he)金(jin)化任務(wu)(wu)以(yi)及凝(ning)固(gu)組織調(diao)控(kong)和(he)純凈度(du)提升任務(wu)(wu)進行分(fen)解，與常規(gui)(gui)工(gong)業化精煉(lian)裝備(bei)聯合(he)，對(dui)于(yu)制備(bei)高(gao)(gao)純、均(jun)質(zhi)、氮(dan)(dan)(dan)含(han)量精確(que)可控(kong)的(de)高(gao)(gao)品質(zhi)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼優勢顯著(zhu)。但仍面臨加壓(ya)(ya)(ya)感應／加壓(ya)(ya)(ya)鋼包(bao)大型化過(guo)程中的(de)系列設(she)(she)計和(he)制造問題，同時與之配套(tao)的(de)工(gong)業化制備(bei)技術仍需完善(shan)。

   3. 大(da)量研(yan)究(jiu)表(biao)明，氮(dan)(dan)能(neng)夠顯著改善(shan)(shan)(shan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學和腐(fu)蝕(shi)等諸(zhu)多性(xing)能(neng)，但相關(guan)機(ji)制仍(reng)存在一些爭議。例(li)如(ru)：氮(dan)(dan)促進(jin)短程(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)缺乏(fa)直接的(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)證據，是(shi)(shi)否能(neng)促進(jin)位錯(cuo)(cuo)的(de)(de)(de)(de)(de)平面滑移，提高(gao)(gao)加工硬化(hua)(hua)能(neng)力(li)，進(jin)而(er)改善(shan)(shan)(shan)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)塑性(xing)也存在爭議。氮(dan)(dan)促進(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)可提高(gao)(gao)局(ju)部(bu)(bu)溶液(ye)pH,促進(jin)鈍化(hua)(hua)膜中(zhong)鉻(ge)和鉬(mu)富集是(shi)(shi)氮(dan)(dan)改善(shan)(shan)(shan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)點蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)廣為接受的(de)(de)(de)(de)(de)理論，其(qi)本質上是(shi)(shi)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解影(ying)(ying)(ying)(ying)響了(le)其(qi)他元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)溶解和沉積(ji)(ji)過程(cheng)，但局(ju)部(bu)(bu)溶液(ye)pH的(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)(shan)(shan)如(ru)何影(ying)(ying)(ying)(ying)響其(qi)他元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)溶解和沉積(ji)(ji)過程(cheng)及其(qi)影(ying)(ying)(ying)(ying)響程(cheng)度缺乏(fa)相關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)理論計(ji)算。此外，從原子(zi)尺度揭示氮(dan)(dan)對位錯(cuo)(cuo)、層(ceng)錯(cuo)(cuo)和孿晶等晶格缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)(ying)(ying)響規律仍(reng)需深(shen)入研(yan)究(jiu)。基于以氮(dan)(dan)代(dai)碳的(de)(de)(de)(de)(de)合金設計(ji)理念，開發了(le)系列高(gao)(gao)氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和軸承鋼(gang)(gang)，其(qi)核心(xin)是(shi)(shi)細小彌(mi)散氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出影(ying)(ying)(ying)(ying)響了(le)粗(cu)大(da)碳化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出過程(cheng)，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)和析出強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)改善(shan)(shan)(shan)了(le)材料的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)韌性(xing)。然(ran)而(er)，氮(dan)(dan)與(yu)釩協同如(ru)何影(ying)(ying)(ying)(ying)響高(gao)(gao)氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和軸承鋼(gang)(gang)中(zhong)析出相的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)過程(cheng)，進(jin)而(er)影(ying)(ying)(ying)(ying)響其(qi)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)尚需深(shen)入。

   4. 作為正(zheng)在繁(fan)榮發展(zhan)的(de)(de)(de)高氮(dan)(dan)馬氏體(ti)不銹鋼(gang)（如工模具鋼(gang)、軸承(cheng)鋼(gang)等），與(yu)之配套的(de)(de)(de)熱處理(li)工藝(yi)是(shi)調控其析出相（碳化(hua)物、氮(dan)(dan)化(hua)物等）及(ji)馬氏體(ti)和(he)(he)(he)殘余奧氏體(ti)含量(liang)、形態、尺寸和(he)(he)(he)分布等組(zu)織，決定(ding)產(chan)品(pin)最終性(xing)能(neng)、服役(yi)壽命和(he)(he)(he)可靠性(xing)的(de)(de)(de)關鍵環(huan)節。發展(zhan)新型的(de)(de)(de)熱處理(li)工藝(yi)［如淬火(huo)－深冷－配分－回火(huo)（Q-C-P-T)],明(ming)晰高氮(dan)(dan)馬氏體(ti)不銹鋼(gang)在熱處理(li)過程中的(de)(de)(de)組(zu)織演(yan)變規(gui)律，闡明(ming)氮(dan)(dan)元(yuan)素的(de)(de)(de)擴散(san)行為及(ji)其對(dui)組(zu)織和(he)(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影響機理(li)，以實現組(zu)織和(he)(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)精確調控將是(shi)熱處理(li)工藝(yi)的(de)(de)(de)研(yan)究熱點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)(shu)仍(reng)是(shi)制(zhi)約高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)品種開發(fa)(fa)和(he)工(gong)(gong)程化(hua)廣泛應(ying)用的(de)(de)(de)瓶(ping)頸之一(yi)。針對高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)傳統(tong)熔(rong)焊(han)中仍(reng)存在(zai)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣逸出(chu)導致氮(dan)(dan)(dan)(dan)損失、氮(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)大(da)量析(xi)出(chu)等(deng)難(nan)題，固(gu)相(xiang)(xiang)連接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌摩(mo)擦(ca)焊(han)技(ji)術(shu)(shu)(shu)為高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量焊(han)接(jie)(jie)(jie)提供一(yi)條(tiao)新思路和(he)新途徑。由于(yu)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)、硬度、加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)能力，該技(ji)術(shu)(shu)(shu)仍(reng)存在(zai)攪(jiao)(jiao)拌針磨損問題比(bi)較嚴(yan)重，且無法高(gao)(gao)(gao)質(zhi)(zhi)量焊(han)接(jie)(jie)(jie)很厚的(de)(de)(de)焊(han)件(jian)等(deng)問題。激光(guang)(guang)輔助加(jia)(jia)熱(re)的(de)(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌摩(mo)擦(ca)焊(han)接(jie)(jie)(jie)將是(shi)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)技(ji)術(shu)(shu)(shu)未來的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展方(fang)(fang)向，通過(guo)精確控制(zhi)激光(guang)(guang)能量輸入和(he)預(yu)熱(re)區(qu)域對焊(han)件(jian)預(yu)熱(re)，降低焊(han)接(jie)(jie)(jie)需要的(de)(de)(de)摩(mo)擦(ca)熱(re)和(he)焊(han)接(jie)(jie)(jie)頭在(zai)敏化(hua)溫度停留時間，從而一(yi)定程度上減輕(qing)攪(jiao)(jiao)拌針的(de)(de)(de)磨損和(he)減小焊(han)接(jie)(jie)(jie)熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)等(deng)二次相(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)傾向，提高(gao)(gao)(gao)焊(han)接(jie)(jie)(jie)速度和(he)焊(han)接(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)量。因此(ci)，急需對激光(guang)(guang)輔助加(jia)(jia)熱(re)的(de)(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌摩(mo)擦(ca)焊(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)(gong)藝理(li)論、模擬、性能及相(xiang)(xiang)關機理(li)方(fang)(fang)面開展深入研究。此(ci)外(wai)，發(fa)(fa)展加(jia)(jia)壓熔(rong)焊(han)裝備、工(gong)(gong)藝并開展相(xiang)(xiang)關基礎研究，也是(shi)解(jie)決(jue)常壓下(xia)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)熔(rong)焊(han)難(nan)題的(de)(de)(de)有效途徑。

   6. 我國高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的研(yan)發(fa)尚處于起步階(jie)段，尤其是此類材料在典(dian)型服(fu)役(yi)(yi)(yi)環境(jing)中(zhong)性(xing)能(neng)劣化(hua)的行為(wei)(wei)、失(shi)效機理等方面的研(yan)究薄弱，實際服(fu)役(yi)(yi)(yi)環境(jing)下的相關數(shu)據(ju)積累更(geng)為(wei)(wei)缺(que)乏，例如：艦載(zai)機用航空(kong)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)軸承鋼(gang)(gang)在高(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)速、重(zhong)載(zai)條件下的腐(fu)蝕疲勞失(shi)效機制(zhi)(zhi)(zhi)，海(hai)(hai)洋(yang)工(gong)程裝(zhuang)備(bei)用高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在高(gao)(gao)(gao)氯(lv)離子(zi)濃度(du)、高(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)濕、浪涌、飛濺、海(hai)(hai)洋(yang)生物多等復雜海(hai)(hai)洋(yang)環境(jing)中(zhong)腐(fu)蝕行為(wei)(wei)及失(shi)效機理，相關基礎數(shu)據(ju)的缺(que)失(shi)嚴重(zhong)制(zhi)(zhi)(zhi)約了高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的研(yan)發(fa)進程和大(da)規模(mo)應用。因此，急需建立模(mo)擬高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在典(dian)型服(fu)役(yi)(yi)(yi)環境(jing)中(zhong)性(xing)能(neng)劣化(hua)的研(yan)究方法(fa)，闡(chan)明其失(shi)效機制(zhi)(zhi)(zhi)；同時(shi)，加強服(fu)役(yi)(yi)(yi)性(xing)能(neng)數(shu)據(ju)積累，為(wei)(wei)合(he)金(jin)成分的進一(yi)步優化(hua)和應用領域(yu)的拓展提供強有力(li)的數(shu)據(ju)支撐。