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(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(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼作為(wei)材料研發的一個(ge)新(xin)領(ling)域(yu)，發展(zhan)潛(qian)力(li)巨大。雖然圍繞(rao)高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼冶(ye)金學基(ji)礎、制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)、組(zu)織和(he)性(xing)能、焊接等方(fang)面開展(zhan)了(le)(le)大量研究(jiu)，但尚有(you)很多(duo)急需解決的問(wen)題，特別是我國(guo)在(zai)高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼基(ji)礎研究(jiu)、工業化(hua)的加(jia)壓(ya)冶(ye)金關(guan)(guan)鍵裝備(bei)研發、加(jia)壓(ya)冶(ye)金制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)等方(fang)面相對薄弱。為(wei)了(le)(le)推動高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼向高(gao)性(xing)能、低(di)成本、規(gui)模化(hua)方(fang)向發展(zhan)，需解決以(yi)下關(guan)(guan)鍵科學和(he)技(ji)術(shu)(shu)問(wen)題。

   1. 雖然科研工作者(zhe)對氮(dan)(dan)在不銹鋼(gang)熔體(ti)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)行(xing)為(wei)進行(xing)了大(da)量(liang)(liang)研究(jiu)，并建(jian)立(li)了氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)度(du)模(mo)(mo)型和動力(li)學模(mo)(mo)型，但(dan)大(da)部分(fen)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)數據是(shi)常壓(ya)(ya)下測量(liang)(liang)的(de)(de)，加壓(ya)(ya)下的(de)(de)數據仍比較(jiao)匱乏，需進一步完(wan)善，且氮(dan)(dan)溶(rong)解(jie)(jie)動力(li)學的(de)(de)限制(zhi)(zhi)性環節尚存在一定爭(zheng)議。研究(jiu)表明，加壓(ya)(ya)凝固(gu)能(neng)夠(gou)強化冷(leng)卻、細化枝晶組織，抑制(zhi)(zhi)疏(shu)松縮孔，改善偏(pian)析(xi)(xi)、夾雜物和析(xi)(xi)出相分(fen)布，但(dan)凝固(gu)壓(ya)(ya)力(li)與(yu)偏(pian)析(xi)(xi)度(du)和氣孔形(xing)成(cheng)之間的(de)(de)定量(liang)(liang)關(guan)系仍需深入(ru)研究(jiu)。氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)的(de)(de)精(jing)確控制(zhi)(zhi)與(yu)冶煉過程氮(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)行(xing)為(wei)和凝固(gu)過程中(zhong)氮(dan)(dan)的(de)(de)偏(pian)析(xi)(xi)行(xing)為(wei)密切相關(guan)，但(dan)如何精(jing)確定量(liang)(liang)化冶煉和凝固(gu)壓(ya)(ya)力(li)，以實現鋼(gang)中(zhong)氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)和氮(dan)(dan)均(jun)勻性的(de)(de)精(jing)確控制(zhi)(zhi)，仍然是(shi)值得重點(dian)關(guan)注的(de)(de)問(wen)題。

   2. 高(gao)(gao)效快速(su)(su)增(zeng)氮(dan)(dan)(dan)且易于精(jing)(jing)確控(kong)氮(dan)(dan)(dan)、適合(he)于工(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)(hua)(hua)大規(gui)模生(sheng)產、相(xiang)(xiang)對(dui)低成本(ben)的(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)制備技(ji)術將是(shi)未(wei)來的(de)發展方向。目前，添加(jia)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)金的(de)加(jia)壓(ya)電(dian)(dian)渣(zha)重(zhong)熔是(shi)商業(ye)化(hua)(hua)(hua)(hua)生(sheng)產高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)有(you)效手段，但存在(zai)冶煉過(guo)程(cheng)渣(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)(dan)分(fen)(fen)(fen)布(bu)不(bu)均和(he)易增(zeng)硅等(deng)問(wen)(wen)題，需二次重(zhong)熔以改善氮(dan)(dan)(dan)元素(su)分(fen)(fen)(fen)布(bu)均勻性，成本(ben)較(jiao)高(gao)(gao)，且為獲得較(jiao)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)含(han)量(liang)，需提高(gao)(gao)熔煉壓(ya)力(li)，而這會加(jia)速(su)(su)設備損(sun)耗(hao)。相(xiang)(xiang)對(dui)于單步法工(gong)(gong)藝，加(jia)壓(ya)感應(ying)／加(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包＋加(jia)壓(ya)電(dian)(dian)渣(zha)雙聯(lian)工(gong)(gong)藝將氮(dan)(dan)(dan)合(he)金化(hua)(hua)(hua)(hua)任務以及凝固(gu)組(zu)織調控(kong)和(he)純(chun)凈(jing)度提升任務進行分(fen)(fen)(fen)解，與常規(gui)工(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)(hua)(hua)精(jing)(jing)煉裝備聯(lian)合(he)，對(dui)于制備高(gao)(gao)純(chun)、均質(zhi)、氮(dan)(dan)(dan)含(han)量(liang)精(jing)(jing)確可控(kong)的(de)高(gao)(gao)品質(zhi)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)優勢(shi)顯著(zhu)。但仍面臨加(jia)壓(ya)感應(ying)／加(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包大型化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)系列設計和(he)制造問(wen)(wen)題，同時與之配套的(de)工(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)(hua)(hua)制備技(ji)術仍需完(wan)善。

   3. 大量研(yan)究表明，氮(dan)能夠顯(xian)著改(gai)(gai)(gai)善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力學(xue)和腐蝕(shi)等(deng)諸多性(xing)能，但(dan)相(xiang)關(guan)機制仍(reng)存在(zai)一些爭(zheng)議(yi)。例如(ru)：氮(dan)促(cu)(cu)進短程有序的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)缺乏直接的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)證據，是(shi)否能促(cu)(cu)進位錯(cuo)的(de)(de)(de)(de)(de)平面滑(hua)移(yi)，提高加工硬化(hua)(hua)能力，進而改(gai)(gai)(gai)善(shan)高氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強塑性(xing)也存在(zai)爭(zheng)議(yi)。氮(dan)促(cu)(cu)進NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)可(ke)提高局部溶液(ye)pH,促(cu)(cu)進鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)中鉻和鉬富(fu)集(ji)是(shi)氮(dan)改(gai)(gai)(gai)善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)點蝕(shi)和縫隙腐蝕(shi)廣為接受的(de)(de)(de)(de)(de)理論(lun)，其(qi)(qi)本質上(shang)是(shi)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)了其(qi)(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解和沉積(ji)過程，但(dan)局部溶液(ye)pH的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)(gai)(gai)善(shan)如(ru)何(he)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)其(qi)(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解和沉積(ji)過程及其(qi)(qi)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)程度缺乏相(xiang)關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)理論(lun)計(ji)算。此外(wai)，從原子(zi)尺(chi)度揭示氮(dan)對位錯(cuo)、層(ceng)錯(cuo)和孿晶等(deng)晶格缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)規(gui)律仍(reng)需深入研(yan)究。基(ji)于以氮(dan)代(dai)碳的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)設計(ji)理念(nian)，開發了系(xi)列高氮(dan)工模(mo)具(ju)鋼(gang)(gang)和軸承鋼(gang)(gang)，其(qi)(qi)核(he)心(xin)是(shi)細(xi)小(xiao)彌散氮(dan)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)了粗大碳化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出過程，氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固溶強化(hua)(hua)和析出強化(hua)(hua)改(gai)(gai)(gai)善(shan)了材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)強韌性(xing)。然而，氮(dan)與(yu)釩(fan)協同如(ru)何(he)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)高氮(dan)工模(mo)具(ju)鋼(gang)(gang)和軸承鋼(gang)(gang)中析出相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)過程，進而影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)其(qi)(qi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究尚(shang)需深入。

   4. 作為正在繁榮發(fa)展的高(gao)氮馬氏體不銹鋼(gang)（如(ru)工模具鋼(gang)、軸承鋼(gang)等），與之配套的熱處(chu)理(li)工藝是調控其析(xi)出相（碳化(hua)物(wu)、氮化(hua)物(wu)等）及馬氏體和殘余奧氏體含(han)量、形(xing)態、尺寸和分布等組(zu)織(zhi)，決定產品最終性能(neng)、服役壽命和可靠性的關鍵環節。發(fa)展新型的熱處(chu)理(li)工藝［如(ru)淬(cui)火－深冷－配分－回火（Q-C-P-T)],明晰高(gao)氮馬氏體不銹鋼(gang)在熱處(chu)理(li)過(guo)程中(zhong)的組(zu)織(zhi)演變規律，闡(chan)明氮元素的擴散行為及其對組(zu)織(zhi)和性能(neng)的影響機(ji)理(li)，以(yi)實(shi)現組(zu)織(zhi)和性能(neng)的精確調控將是熱處(chu)理(li)工藝的研究熱點(dian)。

   5. 高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)技(ji)術(shu)仍(reng)是(shi)制約高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)品種(zhong)開發和(he)(he)工(gong)程(cheng)化(hua)(hua)(hua)廣泛(fan)應(ying)用的(de)(de)(de)瓶(ping)頸之一。針(zhen)對(dui)高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)傳統熔(rong)焊(han)(han)(han)(han)(han)中(zhong)仍(reng)存在(zai)氮(dan)(dan)(dan)氣逸(yi)出(chu)導致氮(dan)(dan)(dan)損失(shi)、氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)物大量析出(chu)等難題(ti)，固相(xiang)連接(jie)的(de)(de)(de)攪(jiao)拌(ban)摩(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)技(ji)術(shu)為高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)高質量焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)提供一條新思路和(he)(he)新途(tu)徑。由于高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)高的(de)(de)(de)熔(rong)點、硬(ying)度(du)(du)、加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力，該技(ji)術(shu)仍(reng)存在(zai)攪(jiao)拌(ban)針(zhen)磨(mo)損問題(ti)比較嚴重，且無法高質量焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)很厚的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)件等問題(ti)。激(ji)光(guang)(guang)輔(fu)助加(jia)熱(re)的(de)(de)(de)攪(jiao)拌(ban)摩(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)將(jiang)是(shi)高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)技(ji)術(shu)未(wei)來的(de)(de)(de)發展(zhan)方(fang)向，通過精確控制激(ji)光(guang)(guang)能(neng)量輸入和(he)(he)預(yu)熱(re)區域對(dui)焊(han)(han)(han)(han)(han)件預(yu)熱(re)，降低焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)需要的(de)(de)(de)摩(mo)擦熱(re)和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)頭在(zai)敏化(hua)(hua)(hua)溫度(du)(du)停(ting)留時(shi)間，從而一定程(cheng)度(du)(du)上減輕攪(jiao)拌(ban)針(zhen)的(de)(de)(de)磨(mo)損和(he)(he)減小焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)熱(re)影響區的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)物等二次相(xiang)析出(chu)傾(qing)向，提高焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)速度(du)(du)和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)質量。因此，急需對(dui)激(ji)光(guang)(guang)輔(fu)助加(jia)熱(re)的(de)(de)(de)攪(jiao)拌(ban)摩(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)工(gong)藝(yi)理論、模擬、性能(neng)及相(xiang)關機理方(fang)面開展(zhan)深入研(yan)究(jiu)。此外，發展(zhan)加(jia)壓熔(rong)焊(han)(han)(han)(han)(han)裝(zhuang)備、工(gong)藝(yi)并開展(zhan)相(xiang)關基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)，也是(shi)解決常(chang)壓下高氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)熔(rong)焊(han)(han)(han)(han)(han)難題(ti)的(de)(de)(de)有效途(tu)徑。

   6. 我(wo)國高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)研(yan)發尚處(chu)于起步階段，尤(you)其是(shi)此類材(cai)料(liao)在(zai)(zai)(zai)典型服(fu)(fu)役環境(jing)中性能(neng)(neng)劣化的(de)(de)行為(wei)(wei)、失(shi)效(xiao)機理等方(fang)面的(de)(de)研(yan)究(jiu)薄(bo)弱，實際服(fu)(fu)役環境(jing)下的(de)(de)相關數據(ju)積(ji)累更為(wei)(wei)缺乏，例如：艦載機用(yong)航空(kong)高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)軸承鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫、高(gao)速、重載條件下的(de)(de)腐蝕(shi)疲勞失(shi)效(xiao)機制(zhi)，海洋(yang)工程(cheng)裝備用(yong)高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)高(gao)氯離(li)子濃度、高(gao)溫、高(gao)濕、浪涌、飛濺、海洋(yang)生物多等復(fu)雜海洋(yang)環境(jing)中腐蝕(shi)行為(wei)(wei)及失(shi)效(xiao)機理，相關基礎數據(ju)的(de)(de)缺失(shi)嚴(yan)重制(zhi)約(yue)了高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)研(yan)發進(jin)程(cheng)和大規模應用(yong)。因(yin)此，急需建立模擬高(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)典型服(fu)(fu)役環境(jing)中性能(neng)(neng)劣化的(de)(de)研(yan)究(jiu)方(fang)法(fa)，闡明其失(shi)效(xiao)機制(zhi)；同時，加強服(fu)(fu)役性能(neng)(neng)數據(ju)積(ji)累，為(wei)(wei)合金(jin)成分的(de)(de)進(jin)一(yi)步優化和應用(yong)領域的(de)(de)拓展提(ti)供強有力的(de)(de)數據(ju)支撐。