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(gang)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(gang)作為材料研發的一個新領域，發展(zhan)潛力巨大。雖然圍繞高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冶(ye)金(jin)(jin)學基礎(chu)、制(zhi)備(bei)(bei)技(ji)術、組(zu)織(zhi)和(he)性能、焊(han)接等(deng)(deng)方面開(kai)展(zhan)了大量(liang)研究，但(dan)尚有(you)很多(duo)急(ji)需(xu)解決的問題(ti)(ti)，特別是我國(guo)在高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)基礎(chu)研究、工業化(hua)的加壓冶(ye)金(jin)(jin)關鍵(jian)裝備(bei)(bei)研發、加壓冶(ye)金(jin)(jin)制(zhi)備(bei)(bei)技(ji)術等(deng)(deng)方面相(xiang)對薄弱(ruo)。為了推動高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)向高(gao)性能、低成本、規模化(hua)方向發展(zhan)，需(xu)解決以下關鍵(jian)科學和(he)技(ji)術問題(ti)(ti)。

   1. 雖然科研(yan)工作者對氮(dan)(dan)在不銹鋼(gang)熔體中的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)行(xing)為進行(xing)了大量(liang)(liang)研(yan)究，并建立了氮(dan)(dan)溶解(jie)度模(mo)型(xing)和(he)(he)動力(li)學模(mo)型(xing)，但大部分氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)數(shu)據是常壓(ya)下測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)，加壓(ya)下的(de)(de)(de)(de)數(shu)據仍(reng)比較匱乏，需(xu)進一步完善，且氮(dan)(dan)溶解(jie)動力(li)學的(de)(de)(de)(de)限制(zhi)(zhi)性(xing)環節尚存在一定爭(zheng)議。研(yan)究表明，加壓(ya)凝(ning)固(gu)能(neng)夠強(qiang)化(hua)冷卻(que)、細化(hua)枝晶組織(zhi)，抑制(zhi)(zhi)疏松縮孔(kong)，改善偏(pian)(pian)析(xi)、夾雜物和(he)(he)析(xi)出相(xiang)分布，但凝(ning)固(gu)壓(ya)力(li)與(yu)偏(pian)(pian)析(xi)度和(he)(he)氣孔(kong)形成(cheng)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)定量(liang)(liang)關系仍(reng)需(xu)深入(ru)研(yan)究。氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)精(jing)確控制(zhi)(zhi)與(yu)冶煉(lian)過程氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)行(xing)為和(he)(he)凝(ning)固(gu)過程中氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)(pian)析(xi)行(xing)為密切相(xiang)關，但如何精(jing)確定量(liang)(liang)化(hua)冶煉(lian)和(he)(he)凝(ning)固(gu)壓(ya)力(li)，以實現鋼(gang)中氮(dan)(dan)含量(liang)(liang)和(he)(he)氮(dan)(dan)均勻性(xing)的(de)(de)(de)(de)精(jing)確控制(zhi)(zhi)，仍(reng)然是值(zhi)得重點關注(zhu)的(de)(de)(de)(de)問題。

   2. 高(gao)(gao)效快速增(zeng)氮(dan)(dan)且易于精(jing)確(que)控(kong)氮(dan)(dan)、適合(he)(he)于工業化(hua)(hua)大(da)規模(mo)生(sheng)(sheng)產、相對低成(cheng)本的(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制(zhi)(zhi)備技術將是未(wei)來的(de)發展方向。目前，添加(jia)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)合(he)(he)金的(de)加(jia)壓(ya)電(dian)渣(zha)重熔(rong)是商業化(hua)(hua)生(sheng)(sheng)產高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)有效手段，但存在(zai)冶煉過程渣(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)分布(bu)不(bu)(bu)(bu)均(jun)和易增(zeng)硅等問題，需(xu)二次重熔(rong)以改善氮(dan)(dan)元素分布(bu)均(jun)勻性，成(cheng)本較(jiao)高(gao)(gao)，且為獲得較(jiao)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)，需(xu)提高(gao)(gao)熔(rong)煉壓(ya)力(li)，而(er)這會加(jia)速設備損耗(hao)。相對于單步法工藝，加(jia)壓(ya)感應／加(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)＋加(jia)壓(ya)電(dian)渣(zha)雙聯(lian)工藝將氮(dan)(dan)合(he)(he)金化(hua)(hua)任務(wu)以及凝固(gu)組織調控(kong)和純凈度提升任務(wu)進行分解，與(yu)常規工業化(hua)(hua)精(jing)煉裝備聯(lian)合(he)(he)，對于制(zhi)(zhi)備高(gao)(gao)純、均(jun)質、氮(dan)(dan)含(han)量(liang)精(jing)確(que)可控(kong)的(de)高(gao)(gao)品質高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)優勢顯著。但仍面(mian)臨加(jia)壓(ya)感應／加(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)大(da)型化(hua)(hua)過程中的(de)系列設計和制(zhi)(zhi)造問題，同時與(yu)之配套(tao)的(de)工業化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)備技術仍需(xu)完善。

   3. 大量(liang)研究表明，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)夠(gou)顯著改(gai)(gai)善不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)力學和(he)腐(fu)蝕等(deng)諸(zhu)多性(xing)能(neng)，但(dan)相(xiang)關(guan)機(ji)制仍存在一(yi)些爭議。例如(ru)(ru)(ru)：氮(dan)(dan)(dan)促進短程(cheng)有(you)序的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)缺乏直接的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)證據，是(shi)否能(neng)促進位(wei)錯的(de)(de)(de)(de)平面滑移，提高(gao)加工硬化(hua)能(neng)力，進而改(gai)(gai)善高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)強塑性(xing)也(ye)存在爭議。氮(dan)(dan)(dan)促進NH3/NH的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)可提高(gao)局部(bu)溶(rong)(rong)液pH,促進鈍化(hua)膜(mo)中鉻和(he)鉬富集是(shi)氮(dan)(dan)(dan)改(gai)(gai)善不銹(xiu)鋼(gang)(gang)點蝕和(he)縫(feng)隙腐(fu)蝕廣為接受的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論，其本質上是(shi)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)了(le)其他(ta)元素的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)和(he)沉積過(guo)程(cheng)，但(dan)局部(bu)溶(rong)(rong)液pH的(de)(de)(de)(de)改(gai)(gai)善如(ru)(ru)(ru)何(he)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)其他(ta)元素的(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)和(he)沉積過(guo)程(cheng)及其影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)程(cheng)度缺乏相(xiang)關(guan)的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)論計(ji)算(suan)。此外，從原子尺度揭(jie)示氮(dan)(dan)(dan)對(dui)位(wei)錯、層(ceng)錯和(he)孿(luan)晶等(deng)晶格缺陷的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)規(gui)律仍需深入(ru)研究。基于(yu)以氮(dan)(dan)(dan)代(dai)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)合金設計(ji)理(li)(li)念，開發了(le)系列高(gao)氮(dan)(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和(he)軸承鋼(gang)(gang)，其核心是(shi)細小彌散氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)了(le)粗大碳(tan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)過(guo)程(cheng)，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)固溶(rong)(rong)強化(hua)和(he)析(xi)出(chu)強化(hua)改(gai)(gai)善了(le)材料的(de)(de)(de)(de)強韌性(xing)。然而，氮(dan)(dan)(dan)與釩(fan)協同如(ru)(ru)(ru)何(he)影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和(he)軸承鋼(gang)(gang)中析(xi)出(chu)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)過(guo)程(cheng)，進而影(ying)響(xiang)(xiang)(xiang)其性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)研究尚需深入(ru)。

   4. 作為(wei)正在(zai)繁(fan)榮發展的(de)(de)高(gao)氮馬氏(shi)體不銹鋼（如工(gong)(gong)模具鋼、軸承(cheng)鋼等），與之配套的(de)(de)熱(re)(re)處理(li)工(gong)(gong)藝是(shi)調(diao)控其析出相（碳化物、氮化物等）及馬氏(shi)體和(he)殘(can)余奧氏(shi)體含(han)量、形態、尺(chi)寸和(he)分布等組(zu)(zu)織(zhi)，決(jue)定產品(pin)最終性(xing)(xing)能(neng)、服(fu)役壽命(ming)和(he)可靠性(xing)(xing)的(de)(de)關鍵(jian)環節。發展新型(xing)的(de)(de)熱(re)(re)處理(li)工(gong)(gong)藝［如淬火(huo)－深冷－配分－回(hui)火(huo)（Q-C-P-T)],明(ming)晰高(gao)氮馬氏(shi)體不銹鋼在(zai)熱(re)(re)處理(li)過程中(zhong)的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)演變規律，闡明(ming)氮元素的(de)(de)擴散行為(wei)及其對(dui)組(zu)(zu)織(zhi)和(he)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)影響機理(li)，以實現組(zu)(zu)織(zhi)和(he)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)精確調(diao)控將是(shi)熱(re)(re)處理(li)工(gong)(gong)藝的(de)(de)研究熱(re)(re)點(dian)。

   5. 高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)仍(reng)(reng)是(shi)制約高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)品種開(kai)發和(he)(he)工(gong)程化廣泛應用的(de)(de)瓶頸之一。針對高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)傳統熔焊(han)(han)中仍(reng)(reng)存在氮(dan)(dan)氣逸出導致氮(dan)(dan)損(sun)失、氮(dan)(dan)化物(wu)大量(liang)析出等(deng)難題(ti)，固相(xiang)(xiang)連接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩擦(ca)焊(han)(han)技術(shu)為高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)提供一條新思路和(he)(he)新途徑。由(you)于高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)高(gao)(gao)的(de)(de)熔點、硬(ying)度(du)、加(jia)工(gong)硬(ying)化能力(li)，該技術(shu)仍(reng)(reng)存在攪拌(ban)(ban)針磨(mo)損(sun)問題(ti)比較嚴重，且無法高(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)很厚的(de)(de)焊(han)(han)件(jian)等(deng)問題(ti)。激(ji)光(guang)輔助加(jia)熱(re)(re)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩擦(ca)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)將是(shi)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)未來的(de)(de)發展(zhan)方向，通(tong)過精(jing)確(que)控制激(ji)光(guang)能量(liang)輸入(ru)和(he)(he)預熱(re)(re)區域對焊(han)(han)件(jian)預熱(re)(re)，降低焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)需要的(de)(de)摩擦(ca)熱(re)(re)和(he)(he)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)在敏化溫(wen)度(du)停留時間(jian)，從而一定程度(du)上減(jian)輕(qing)攪拌(ban)(ban)針的(de)(de)磨(mo)損(sun)和(he)(he)減(jian)小焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)(re)影響區的(de)(de)氮(dan)(dan)化物(wu)等(deng)二次相(xiang)(xiang)析出傾向，提高(gao)(gao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)速度(du)和(he)(he)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)質量(liang)。因此(ci)，急(ji)需對激(ji)光(guang)輔助加(jia)熱(re)(re)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩擦(ca)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)理(li)(li)論、模擬(ni)、性能及(ji)相(xiang)(xiang)關(guan)機理(li)(li)方面開(kai)展(zhan)深入(ru)研究(jiu)。此(ci)外，發展(zhan)加(jia)壓(ya)熔焊(han)(han)裝備、工(gong)藝(yi)(yi)并開(kai)展(zhan)相(xiang)(xiang)關(guan)基(ji)礎研究(jiu)，也(ye)是(shi)解(jie)決常(chang)壓(ya)下高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)熔焊(han)(han)難題(ti)的(de)(de)有效(xiao)途徑。

   6. 我國高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)發尚(shang)處于起步(bu)階段，尤(you)其是此類材料(liao)在典型服(fu)役(yi)(yi)環(huan)(huan)境(jing)中性(xing)(xing)能(neng)劣化(hua)的(de)(de)行為、失效機理(li)等方(fang)面(mian)的(de)(de)研(yan)究薄弱，實際服(fu)役(yi)(yi)環(huan)(huan)境(jing)下的(de)(de)相關數(shu)據積(ji)累更為缺乏(fa)，例(li)如：艦載機用航空高(gao)氮不(bu)銹(xiu)軸承鋼(gang)在高(gao)溫(wen)、高(gao)速、重(zhong)載條件下的(de)(de)腐蝕(shi)疲勞(lao)失效機制，海洋(yang)工程(cheng)裝備用高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在高(gao)氯(lv)離子濃度、高(gao)溫(wen)、高(gao)濕(shi)、浪涌、飛濺(jian)、海洋(yang)生物(wu)多等復雜海洋(yang)環(huan)(huan)境(jing)中腐蝕(shi)行為及失效機理(li)，相關基礎數(shu)據的(de)(de)缺失嚴重(zhong)制約了高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)發進程(cheng)和大規模應用。因此，急(ji)需建(jian)立模擬高(gao)氮不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在典型服(fu)役(yi)(yi)環(huan)(huan)境(jing)中性(xing)(xing)能(neng)劣化(hua)的(de)(de)研(yan)究方(fang)法，闡(chan)明其失效機制；同時(shi)，加強服(fu)役(yi)(yi)性(xing)(xing)能(neng)數(shu)據積(ji)累，為合金成分的(de)(de)進一步(bu)優化(hua)和應用領域的(de)(de)拓展提供(gong)強有力(li)的(de)(de)數(shu)據支撐。