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。

  高氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)作為(wei)(wei)材料研(yan)(yan)發的(de)一個新領域，發展(zhan)潛力(li)巨大。雖(sui)然(ran)圍繞高氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)冶(ye)(ye)金學(xue)基礎、制(zhi)備技(ji)術(shu)、組織和性能、焊接等方面開展(zhan)了大量研(yan)(yan)究，但尚(shang)有很多急需(xu)解(jie)決的(de)問(wen)題(ti)(ti)，特別是我國在高氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)基礎研(yan)(yan)究、工業(ye)化的(de)加壓冶(ye)(ye)金關(guan)鍵(jian)(jian)裝備研(yan)(yan)發、加壓冶(ye)(ye)金制(zhi)備技(ji)術(shu)等方面相對薄弱。為(wei)(wei)了推動(dong)高氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)向高性能、低成(cheng)本、規模化方向發展(zhan)，需(xu)解(jie)決以下(xia)關(guan)鍵(jian)(jian)科學(xue)和技(ji)術(shu)問(wen)題(ti)(ti)。

   1. 雖然(ran)科研工作者對氮(dan)(dan)(dan)在不銹鋼熔體中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)行(xing)為(wei)進行(xing)了(le)大(da)量(liang)(liang)研究(jiu)(jiu)，并建立(li)了(le)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度模型和動(dong)力學模型，但(dan)大(da)部(bu)分(fen)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)(liang)數據(ju)是常壓(ya)下測量(liang)(liang)的(de)，加壓(ya)下的(de)數據(ju)仍(reng)比較匱(kui)乏，需進一步完善，且(qie)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)動(dong)力學的(de)限制性(xing)環節尚存在一定爭(zheng)議。研究(jiu)(jiu)表明，加壓(ya)凝固(gu)能夠強(qiang)化冷卻、細化枝晶組織，抑制疏松(song)縮孔(kong)，改善偏(pian)析、夾(jia)雜(za)物和析出相(xiang)分(fen)布，但(dan)凝固(gu)壓(ya)力與偏(pian)析度和氣孔(kong)形成之間的(de)定量(liang)(liang)關系仍(reng)需深入研究(jiu)(jiu)。氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)(liang)的(de)精確(que)控制與冶(ye)煉(lian)過程氮(dan)(dan)(dan)的(de)溶(rong)解(jie)行(xing)為(wei)和凝固(gu)過程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)偏(pian)析行(xing)為(wei)密切(qie)相(xiang)關，但(dan)如何精確(que)定量(liang)(liang)化冶(ye)煉(lian)和凝固(gu)壓(ya)力，以實現鋼中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)(liang)和氮(dan)(dan)(dan)均勻性(xing)的(de)精確(que)控制，仍(reng)然(ran)是值得重點關注的(de)問題。

   2. 高(gao)(gao)效(xiao)快速增(zeng)(zeng)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)且(qie)易于(yu)精(jing)(jing)確控(kong)(kong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)、適合(he)于(yu)工業化(hua)(hua)(hua)(hua)大規模(mo)生產、相對(dui)低成本(ben)的(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼制(zhi)備技(ji)術將是未(wei)來的(de)發展方向(xiang)。目前，添加(jia)(jia)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)金的(de)加(jia)(jia)壓(ya)電渣(zha)(zha)重熔(rong)是商業化(hua)(hua)(hua)(hua)生產高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼的(de)有效(xiao)手段，但存在冶煉過程渣(zha)(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)分布(bu)不均(jun)和(he)易增(zeng)(zeng)硅等問題，需二(er)次重熔(rong)以改善(shan)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)元(yuan)素分布(bu)均(jun)勻性，成本(ben)較(jiao)高(gao)(gao)，且(qie)為獲得(de)較(jiao)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量，需提高(gao)(gao)熔(rong)煉壓(ya)力，而這會加(jia)(jia)速設備損耗。相對(dui)于(yu)單(dan)步法工藝(yi)，加(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)壓(ya)鋼包＋加(jia)(jia)壓(ya)電渣(zha)(zha)雙(shuang)聯工藝(yi)將氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)合(he)金化(hua)(hua)(hua)(hua)任務以及(ji)凝(ning)固組織調控(kong)(kong)和(he)純凈度提升任務進行分解(jie)，與常規工業化(hua)(hua)(hua)(hua)精(jing)(jing)煉裝備聯合(he)，對(dui)于(yu)制(zhi)備高(gao)(gao)純、均(jun)質、氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量精(jing)(jing)確可控(kong)(kong)的(de)高(gao)(gao)品質高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼優勢顯著。但仍面臨加(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)壓(ya)鋼包大型化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中的(de)系列設計和(he)制(zhi)造問題，同時(shi)與之配套的(de)工業化(hua)(hua)(hua)(hua)制(zhi)備技(ji)術仍需完善(shan)。

   3. 大量研究(jiu)表明，氮(dan)(dan)能(neng)(neng)夠顯著改善不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)力學和(he)(he)腐蝕等諸多(duo)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)，但(dan)相(xiang)關機制仍存在一些爭議。例如(ru)：氮(dan)(dan)促(cu)進(jin)短(duan)程(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)缺乏直接的(de)(de)(de)(de)實驗證(zheng)據，是否能(neng)(neng)促(cu)進(jin)位錯的(de)(de)(de)(de)平面滑移，提(ti)高加工硬化(hua)(hua)能(neng)(neng)力，進(jin)而(er)(er)改善高氮(dan)(dan)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)強塑(su)性(xing)(xing)(xing)也存在爭議。氮(dan)(dan)促(cu)進(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)可(ke)提(ti)高局(ju)部溶液pH,促(cu)進(jin)鈍化(hua)(hua)膜中(zhong)鉻(ge)和(he)(he)鉬(mu)富集是氮(dan)(dan)改善不銹鋼(gang)點蝕和(he)(he)縫隙腐蝕廣為接受的(de)(de)(de)(de)理論，其本質上是氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)影(ying)(ying)響了(le)其他元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)和(he)(he)沉積過(guo)(guo)程(cheng)，但(dan)局(ju)部溶液pH的(de)(de)(de)(de)改善如(ru)何影(ying)(ying)響其他元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)和(he)(he)沉積過(guo)(guo)程(cheng)及其影(ying)(ying)響程(cheng)度缺乏相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)理論計(ji)算。此外，從原子尺度揭示氮(dan)(dan)對(dui)位錯、層錯和(he)(he)孿晶等晶格缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響規律仍需深入研究(jiu)。基于以氮(dan)(dan)代碳(tan)的(de)(de)(de)(de)合(he)金設計(ji)理念，開發了(le)系(xi)列(lie)高氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)和(he)(he)軸承鋼(gang)，其核心是細小彌(mi)散(san)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)析出影(ying)(ying)響了(le)粗大碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)析出過(guo)(guo)程(cheng)，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)固溶強化(hua)(hua)和(he)(he)析出強化(hua)(hua)改善了(le)材料的(de)(de)(de)(de)強韌性(xing)(xing)(xing)。然而(er)(er)，氮(dan)(dan)與釩(fan)協同(tong)如(ru)何影(ying)(ying)響高氮(dan)(dan)工模具鋼(gang)和(he)(he)軸承鋼(gang)中(zhong)析出相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)過(guo)(guo)程(cheng)，進(jin)而(er)(er)影(ying)(ying)響其性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)尚需深入。

   4. 作(zuo)為正在(zai)繁榮發展(zhan)的(de)高氮(dan)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)（如(ru)工(gong)模具鋼(gang)、軸承鋼(gang)等），與之配套的(de)熱處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)是調控(kong)其析(xi)出相（碳化物、氮(dan)化物等）及馬(ma)氏(shi)體(ti)和殘余奧(ao)氏(shi)體(ti)含量、形態(tai)、尺寸和分布等組織(zhi)，決定產品最(zui)終性(xing)能、服役壽(shou)命和可靠(kao)性(xing)的(de)關鍵環節。發展(zhan)新型(xing)的(de)熱處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)［如(ru)淬火(huo)－深(shen)冷－配分－回火(huo)（Q-C-P-T)],明(ming)晰高氮(dan)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)在(zai)熱處(chu)理(li)過程中的(de)組織(zhi)演(yan)變規律，闡明(ming)氮(dan)元(yuan)素(su)的(de)擴散行為及其對組織(zhi)和性(xing)能的(de)影響(xiang)機理(li)，以實現組織(zhi)和性(xing)能的(de)精確(que)調控(kong)將(jiang)是熱處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)的(de)研究熱點(dian)。

   5. 高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術仍是制(zhi)約高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)品種(zhong)開發(fa)(fa)(fa)和(he)(he)(he)工(gong)(gong)程化(hua)(hua)廣泛應用的(de)(de)(de)(de)瓶頸(jing)之一(yi)。針(zhen)對高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)傳統熔焊(han)(han)(han)(han)(han)中仍存在(zai)氮(dan)(dan)(dan)氣逸(yi)出(chu)導致氮(dan)(dan)(dan)損(sun)(sun)失(shi)、氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物大量(liang)析(xi)出(chu)等(deng)難題(ti)，固相(xiang)連接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)摩擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)技術為高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)提(ti)供一(yi)條新思(si)路和(he)(he)(he)新途徑。由(you)于高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)熔點、硬度、加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)能力，該技術仍存在(zai)攪拌(ban)針(zhen)磨(mo)損(sun)(sun)問題(ti)比較嚴重，且無(wu)法高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)很厚(hou)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)件等(deng)問題(ti)。激(ji)光(guang)輔(fu)助加(jia)(jia)熱的(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)摩擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)將是高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術未來(lai)的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)展方向，通過精確控(kong)制(zhi)激(ji)光(guang)能量(liang)輸入和(he)(he)(he)預熱區域(yu)對焊(han)(han)(han)(han)(han)件預熱，降低(di)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)需要的(de)(de)(de)(de)摩擦(ca)熱和(he)(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)頭在(zai)敏化(hua)(hua)溫度停留(liu)時間，從而一(yi)定程度上減輕攪拌(ban)針(zhen)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)(sun)和(he)(he)(he)減小(xiao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱影響區的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物等(deng)二次相(xiang)析(xi)出(chu)傾(qing)向，提(ti)高(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度和(he)(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)質(zhi)量(liang)。因此(ci)，急需對激(ji)光(guang)輔(fu)助加(jia)(jia)熱的(de)(de)(de)(de)攪拌(ban)摩擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)(gong)藝理論、模擬、性能及相(xiang)關(guan)機理方面開展深入研究。此(ci)外(wai)，發(fa)(fa)(fa)展加(jia)(jia)壓熔焊(han)(han)(han)(han)(han)裝備、工(gong)(gong)藝并開展相(xiang)關(guan)基礎研究，也是解決常壓下高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)難題(ti)的(de)(de)(de)(de)有效途徑。

   6. 我(wo)國高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)研發(fa)(fa)尚處(chu)于起步(bu)階段，尤其(qi)是此(ci)類材(cai)料在典型(xing)服役環(huan)境(jing)中(zhong)性能劣(lie)化(hua)(hua)的(de)行(xing)為、失效(xiao)機(ji)(ji)理(li)等方面的(de)研究薄弱，實際服役環(huan)境(jing)下(xia)(xia)的(de)相(xiang)關(guan)數(shu)據(ju)積累更(geng)為缺乏，例如：艦(jian)載機(ji)(ji)用航(hang)空高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)軸承鋼(gang)在高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)速、重載條件下(xia)(xia)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)疲勞失效(xiao)機(ji)(ji)制(zhi)，海洋工程(cheng)裝備用高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)在高(gao)(gao)氯離子濃度(du)、高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)濕(shi)、浪涌(yong)、飛(fei)濺、海洋生物多等復雜海洋環(huan)境(jing)中(zhong)腐(fu)(fu)蝕(shi)行(xing)為及(ji)失效(xiao)機(ji)(ji)理(li)，相(xiang)關(guan)基(ji)礎(chu)數(shu)據(ju)的(de)缺失嚴(yan)重制(zhi)約了高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)研發(fa)(fa)進程(cheng)和(he)大(da)規模應用。因(yin)此(ci)，急需建立模擬(ni)高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)在典型(xing)服役環(huan)境(jing)中(zhong)性能劣(lie)化(hua)(hua)的(de)研究方法，闡明(ming)其(qi)失效(xiao)機(ji)(ji)制(zhi)；同(tong)時，加強服役性能數(shu)據(ju)積累，為合金成分的(de)進一步(bu)優化(hua)(hua)和(he)應用領域的(de)拓展提供強有(you)力的(de)數(shu)據(ju)支撐。