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(xiu)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)氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)作為材料(liao)研(yan)(yan)發(fa)(fa)的一(yi)個新領域，發(fa)(fa)展潛力巨大(da)。雖然(ran)圍繞(rao)高(gao)氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)冶(ye)(ye)金(jin)學(xue)基礎、制備技(ji)(ji)術、組織和性(xing)(xing)能、焊接(jie)等(deng)方(fang)面開展了大(da)量研(yan)(yan)究，但尚(shang)有很(hen)多急需解決的問(wen)題，特別是我國在(zai)高(gao)氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)基礎研(yan)(yan)究、工(gong)業化的加壓冶(ye)(ye)金(jin)關鍵裝備研(yan)(yan)發(fa)(fa)、加壓冶(ye)(ye)金(jin)制備技(ji)(ji)術等(deng)方(fang)面相對薄弱。為了推動高(gao)氮不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)向高(gao)性(xing)(xing)能、低成本、規模化方(fang)向發(fa)(fa)展，需解決以下關鍵科學(xue)和技(ji)(ji)術問(wen)題。

   1. 雖然科研(yan)(yan)工(gong)作者對(dui)氮(dan)在不銹鋼熔(rong)體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)行為(wei)(wei)進(jin)行了大(da)(da)量(liang)研(yan)(yan)究，并建立了氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)度模(mo)型(xing)和(he)(he)動力學模(mo)型(xing)，但(dan)大(da)(da)部分氮(dan)含(han)量(liang)數據(ju)是(shi)常壓下(xia)測量(liang)的(de)(de)(de)(de)，加壓下(xia)的(de)(de)(de)(de)數據(ju)仍比較匱乏(fa)，需進(jin)一(yi)步(bu)完善，且(qie)氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)動力學的(de)(de)(de)(de)限制性環節尚(shang)存在一(yi)定爭議。研(yan)(yan)究表明，加壓凝(ning)固能夠(gou)強化冷(leng)卻、細(xi)化枝晶組織(zhi)，抑制疏松縮孔(kong)，改善偏(pian)析(xi)、夾雜物和(he)(he)析(xi)出相(xiang)分布，但(dan)凝(ning)固壓力與偏(pian)析(xi)度和(he)(he)氣孔(kong)形成之間的(de)(de)(de)(de)定量(liang)關系仍需深入研(yan)(yan)究。氮(dan)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)精確控(kong)(kong)制與冶煉(lian)過程氮(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)行為(wei)(wei)和(he)(he)凝(ning)固過程中(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)析(xi)行為(wei)(wei)密切相(xiang)關，但(dan)如何精確定量(liang)化冶煉(lian)和(he)(he)凝(ning)固壓力，以實現(xian)鋼中(zhong)氮(dan)含(han)量(liang)和(he)(he)氮(dan)均勻性的(de)(de)(de)(de)精確控(kong)(kong)制，仍然是(shi)值得重(zhong)點關注的(de)(de)(de)(de)問(wen)題。

   2. 高(gao)(gao)(gao)效快速增(zeng)氮(dan)且易(yi)于精(jing)確(que)控(kong)氮(dan)、適合(he)(he)于工(gong)業(ye)(ye)化(hua)(hua)大(da)規模生(sheng)產(chan)、相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)低成(cheng)本(ben)的(de)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制備(bei)技(ji)術(shu)將是未來的(de)發展(zhan)方向。目前，添加(jia)(jia)氮(dan)化(hua)(hua)合(he)(he)金的(de)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣重熔(rong)是商業(ye)(ye)化(hua)(hua)生(sheng)產(chan)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)有效手段，但(dan)存在(zai)冶煉過(guo)(guo)程渣池沸騰、氮(dan)分(fen)布不(bu)均和(he)易(yi)增(zeng)硅(gui)等問題(ti)，需二次重熔(rong)以(yi)改(gai)善(shan)氮(dan)元素分(fen)布均勻性(xing)，成(cheng)本(ben)較高(gao)(gao)(gao)，且為獲得較高(gao)(gao)(gao)氮(dan)含量，需提(ti)高(gao)(gao)(gao)熔(rong)煉壓(ya)(ya)力，而這會加(jia)(jia)速設備(bei)損耗。相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)于單步(bu)法工(gong)藝，加(jia)(jia)壓(ya)(ya)感應(ying)／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)鋼(gang)包＋加(jia)(jia)壓(ya)(ya)電渣雙聯(lian)(lian)工(gong)藝將氮(dan)合(he)(he)金化(hua)(hua)任務(wu)以(yi)及凝(ning)固組(zu)織調控(kong)和(he)純凈度提(ti)升任務(wu)進(jin)行分(fen)解(jie)，與常規工(gong)業(ye)(ye)化(hua)(hua)精(jing)煉裝備(bei)聯(lian)(lian)合(he)(he)，對(dui)(dui)于制備(bei)高(gao)(gao)(gao)純、均質、氮(dan)含量精(jing)確(que)可(ke)控(kong)的(de)高(gao)(gao)(gao)品質高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)優勢顯著。但(dan)仍面臨加(jia)(jia)壓(ya)(ya)感應(ying)／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)鋼(gang)包大(da)型化(hua)(hua)過(guo)(guo)程中的(de)系列設計和(he)制造問題(ti)，同時與之配(pei)套的(de)工(gong)業(ye)(ye)化(hua)(hua)制備(bei)技(ji)術(shu)仍需完善(shan)。

   3. 大量研(yan)究(jiu)表(biao)明，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)能夠顯著改善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學和(he)(he)(he)腐蝕(shi)等諸多性能，但相(xiang)(xiang)關機(ji)制仍(reng)存在一些爭議。例(li)如：氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)促(cu)進(jin)短程(cheng)(cheng)有(you)序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成缺乏(fa)直(zhi)接的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗(yan)證據，是否能促(cu)進(jin)位錯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平面滑(hua)移(yi)，提高(gao)(gao)(gao)加(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)能力(li)，進(jin)而改善(shan)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強塑性也存在爭議。氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)促(cu)進(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成可(ke)提高(gao)(gao)(gao)局部溶(rong)液(ye)pH,促(cu)進(jin)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)膜中(zhong)鉻(ge)和(he)(he)(he)鉬(mu)富集是氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)改善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)點(dian)蝕(shi)和(he)(he)(he)縫隙腐蝕(shi)廣(guang)為接受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)(li)(li)論(lun)，其(qi)(qi)(qi)(qi)本(ben)質上是氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解影(ying)響(xiang)了(le)其(qi)(qi)(qi)(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)(he)(he)沉積(ji)過程(cheng)(cheng)，但局部溶(rong)液(ye)pH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan)如何影(ying)響(xiang)其(qi)(qi)(qi)(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)(he)(he)沉積(ji)過程(cheng)(cheng)及其(qi)(qi)(qi)(qi)影(ying)響(xiang)程(cheng)(cheng)度(du)缺乏(fa)相(xiang)(xiang)關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)(li)(li)論(lun)計算。此(ci)外，從(cong)原子尺度(du)揭示氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)對位錯、層錯和(he)(he)(he)孿晶等晶格缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)規律仍(reng)需深(shen)入研(yan)究(jiu)。基(ji)于以氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)代(dai)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)設計理(li)(li)(li)念，開發了(le)系列高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)，其(qi)(qi)(qi)(qi)核心(xin)是細小彌散氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出影(ying)響(xiang)了(le)粗大碳(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出過程(cheng)(cheng)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固溶(rong)強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)(he)析出強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)改善(shan)了(le)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強韌性。然而，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)與釩協同如何影(ying)響(xiang)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)中(zhong)析出相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成過程(cheng)(cheng)，進(jin)而影(ying)響(xiang)其(qi)(qi)(qi)(qi)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)尚需深(shen)入。

   4. 作為(wei)正在(zai)繁榮發展的(de)(de)高氮(dan)(dan)馬(ma)氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼（如工模具鋼、軸承鋼等(deng)），與之配套的(de)(de)熱處理(li)工藝(yi)是調(diao)控(kong)其析(xi)出相（碳化(hua)物、氮(dan)(dan)化(hua)物等(deng)）及(ji)馬(ma)氏(shi)(shi)體和(he)(he)殘余奧(ao)氏(shi)(shi)體含量、形態、尺寸(cun)和(he)(he)分布等(deng)組織(zhi)，決定產品最終性(xing)能(neng)、服(fu)役壽命和(he)(he)可(ke)靠性(xing)的(de)(de)關鍵環節。發展新(xin)型的(de)(de)熱處理(li)工藝(yi)［如淬(cui)火－深冷－配分－回火（Q-C-P-T)],明晰高氮(dan)(dan)馬(ma)氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼在(zai)熱處理(li)過程中的(de)(de)組織(zhi)演變規律，闡明氮(dan)(dan)元素的(de)(de)擴(kuo)散行(xing)為(wei)及(ji)其對組織(zhi)和(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)影(ying)響機理(li)，以實現組織(zhi)和(he)(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)精確(que)調(diao)控(kong)將(jiang)是熱處理(li)工藝(yi)的(de)(de)研究(jiu)熱點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)技術仍(reng)是(shi)制約高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)品種開發和(he)(he)(he)工(gong)程化廣(guang)泛應用的(de)(de)瓶頸之一(yi)。針(zhen)對高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)傳統熔焊(han)(han)(han)(han)中仍(reng)存在氮(dan)(dan)氣逸出(chu)導(dao)致氮(dan)(dan)損失、氮(dan)(dan)化物大量析(xi)出(chu)等難(nan)題，固相(xiang)(xiang)連接(jie)的(de)(de)攪(jiao)拌摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)技術為高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)質(zhi)量焊(han)(han)(han)(han)接(jie)提供一(yi)條新思路和(he)(he)(he)新途(tu)徑(jing)。由于高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)熔點、硬(ying)度、加(jia)工(gong)硬(ying)化能力，該(gai)技術仍(reng)存在攪(jiao)拌針(zhen)磨損問(wen)題比較(jiao)嚴重，且無法高(gao)(gao)(gao)(gao)質(zhi)量焊(han)(han)(han)(han)接(jie)很厚的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)件(jian)等問(wen)題。激光(guang)輔助加(jia)熱(re)的(de)(de)攪(jiao)拌摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)將(jiang)是(shi)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)技術未來的(de)(de)發展(zhan)方向，通過精(jing)確控(kong)制激光(guang)能量輸入和(he)(he)(he)預(yu)熱(re)區域對焊(han)(han)(han)(han)件(jian)預(yu)熱(re)，降低焊(han)(han)(han)(han)接(jie)需(xu)要的(de)(de)摩(mo)擦(ca)熱(re)和(he)(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)頭在敏化溫(wen)度停留時間，從而一(yi)定(ding)程度上(shang)減輕攪(jiao)拌針(zhen)的(de)(de)磨損和(he)(he)(he)減小焊(han)(han)(han)(han)接(jie)熱(re)影響(xiang)區的(de)(de)氮(dan)(dan)化物等二次相(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)傾向，提高(gao)(gao)(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)速度和(he)(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)質(zhi)量。因此，急需(xu)對激光(guang)輔助加(jia)熱(re)的(de)(de)攪(jiao)拌摩(mo)擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)工(gong)藝理論、模擬、性能及(ji)相(xiang)(xiang)關(guan)機理方面(mian)開展(zhan)深入研(yan)(yan)究(jiu)。此外，發展(zhan)加(jia)壓熔焊(han)(han)(han)(han)裝備、工(gong)藝并開展(zhan)相(xiang)(xiang)關(guan)基礎(chu)研(yan)(yan)究(jiu)，也是(shi)解(jie)決常壓下(xia)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)熔焊(han)(han)(han)(han)難(nan)題的(de)(de)有效途(tu)徑(jing)。

   6. 我國高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)研(yan)(yan)發尚處(chu)于起步階段，尤其是此(ci)類(lei)材料在(zai)(zai)典型(xing)服役(yi)環境(jing)中(zhong)(zhong)性(xing)能劣(lie)化的(de)行為(wei)、失(shi)效機(ji)(ji)理(li)(li)等方面的(de)研(yan)(yan)究(jiu)薄弱，實(shi)際服役(yi)環境(jing)下的(de)相(xiang)關數據積累(lei)更為(wei)缺乏，例如：艦載機(ji)(ji)用航空高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)軸承鋼在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)速、重載條(tiao)件下的(de)腐蝕疲勞失(shi)效機(ji)(ji)制(zhi)(zhi)，海洋(yang)工程裝備(bei)用高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)(zai)高(gao)(gao)氯離子濃度、高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)濕、浪涌、飛濺(jian)、海洋(yang)生物多等復雜海洋(yang)環境(jing)中(zhong)(zhong)腐蝕行為(wei)及失(shi)效機(ji)(ji)理(li)(li)，相(xiang)關基礎數據的(de)缺失(shi)嚴重制(zhi)(zhi)約(yue)了高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)研(yan)(yan)發進程和大規模應(ying)用。因此(ci)，急需建立模擬高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)(zai)典型(xing)服役(yi)環境(jing)中(zhong)(zhong)性(xing)能劣(lie)化的(de)研(yan)(yan)究(jiu)方法(fa)，闡(chan)明其失(shi)效機(ji)(ji)制(zhi)(zhi)；同時，加強服役(yi)性(xing)能數據積累(lei)，為(wei)合金成分的(de)進一步優化和應(ying)用領域的(de)拓展提供強有力的(de)數據支撐。