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(dan)不銹(xiu)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(bu)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(dan)不銹(xiu)鋼作為材料研發(fa)的一個新(xin)領域，發(fa)展(zhan)(zhan)潛力巨大。雖然圍繞高氮(dan)不銹(xiu)鋼冶金學(xue)基礎(chu)、制備(bei)技(ji)術(shu)(shu)、組織和性能(neng)(neng)、焊接等(deng)方(fang)面開展(zhan)(zhan)了(le)大量(liang)研究，但尚有(you)很多急需(xu)解(jie)決(jue)的問題(ti)，特別是我國在(zai)高氮(dan)不銹(xiu)鋼基礎(chu)研究、工(gong)業化的加壓(ya)冶金關鍵裝(zhuang)備(bei)研發(fa)、加壓(ya)冶金制備(bei)技(ji)術(shu)(shu)等(deng)方(fang)面相對薄(bo)弱。為了(le)推(tui)動高氮(dan)不銹(xiu)鋼向(xiang)高性能(neng)(neng)、低成本、規模化方(fang)向(xiang)發(fa)展(zhan)(zhan)，需(xu)解(jie)決(jue)以下(xia)關鍵科學(xue)和技(ji)術(shu)(shu)問題(ti)。

   1. 雖(sui)然科(ke)研(yan)工作者對(dui)氮(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)不(bu)銹鋼熔體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解行(xing)為進(jin)行(xing)了大(da)量(liang)(liang)研(yan)究(jiu)，并建(jian)立了氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解度模(mo)型和(he)動力學(xue)模(mo)型，但(dan)大(da)部分氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)(liang)數據是(shi)常(chang)壓下測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)，加壓下的(de)(de)(de)(de)數據仍比(bi)較匱乏，需(xu)進(jin)一(yi)(yi)步完善，且氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)解動力學(xue)的(de)(de)(de)(de)限(xian)制性環節尚存在(zai)(zai)一(yi)(yi)定爭議。研(yan)究(jiu)表明，加壓凝(ning)(ning)固(gu)能(neng)夠強化冷(leng)卻、細(xi)化枝晶組織，抑制疏松縮孔，改善偏(pian)析(xi)、夾雜物和(he)析(xi)出(chu)相分布，但(dan)凝(ning)(ning)固(gu)壓力與(yu)偏(pian)析(xi)度和(he)氣孔形成之間的(de)(de)(de)(de)定量(liang)(liang)關系仍需(xu)深入研(yan)究(jiu)。氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)精(jing)確(que)控制與(yu)冶煉(lian)過程氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解行(xing)為和(he)凝(ning)(ning)固(gu)過程中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)偏(pian)析(xi)行(xing)為密切相關，但(dan)如(ru)何精(jing)確(que)定量(liang)(liang)化冶煉(lian)和(he)凝(ning)(ning)固(gu)壓力，以實現鋼中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)含量(liang)(liang)和(he)氮(dan)(dan)(dan)均勻性的(de)(de)(de)(de)精(jing)確(que)控制，仍然是(shi)值(zhi)得(de)重點(dian)關注(zhu)的(de)(de)(de)(de)問題。

   2. 高(gao)效(xiao)快速增(zeng)氮(dan)且(qie)易于精(jing)(jing)確控氮(dan)、適合(he)于工業(ye)化(hua)(hua)大規(gui)模生產、相對低成本的(de)(de)高(gao)氮(dan)不銹鋼制(zhi)備(bei)技術將是(shi)未來的(de)(de)發展方(fang)向。目(mu)前，添加(jia)氮(dan)化(hua)(hua)合(he)金(jin)的(de)(de)加(jia)壓(ya)(ya)電渣重熔(rong)是(shi)商業(ye)化(hua)(hua)生產高(gao)氮(dan)不銹鋼的(de)(de)有效(xiao)手(shou)段(duan)，但(dan)存在冶煉(lian)(lian)過程(cheng)渣池沸騰、氮(dan)分(fen)布不均和易增(zeng)硅等問題，需(xu)(xu)二次(ci)重熔(rong)以改善(shan)(shan)氮(dan)元素分(fen)布均勻性，成本較(jiao)高(gao)，且(qie)為獲得較(jiao)高(gao)氮(dan)含(han)量(liang)，需(xu)(xu)提高(gao)熔(rong)煉(lian)(lian)壓(ya)(ya)力，而(er)這會加(jia)速設(she)備(bei)損耗。相對于單步法(fa)工藝(yi)，加(jia)壓(ya)(ya)感應／加(jia)壓(ya)(ya)鋼包＋加(jia)壓(ya)(ya)電渣雙聯工藝(yi)將氮(dan)合(he)金(jin)化(hua)(hua)任務以及(ji)凝(ning)固組織調(diao)控和純(chun)凈度提升任務進(jin)行分(fen)解(jie)，與常規(gui)工業(ye)化(hua)(hua)精(jing)(jing)煉(lian)(lian)裝備(bei)聯合(he)，對于制(zhi)備(bei)高(gao)純(chun)、均質(zhi)、氮(dan)含(han)量(liang)精(jing)(jing)確可控的(de)(de)高(gao)品(pin)質(zhi)高(gao)氮(dan)不銹鋼優(you)勢(shi)顯(xian)著(zhu)。但(dan)仍(reng)面(mian)臨(lin)加(jia)壓(ya)(ya)感應／加(jia)壓(ya)(ya)鋼包大型化(hua)(hua)過程(cheng)中的(de)(de)系(xi)列設(she)計和制(zhi)造問題，同時(shi)與之配套的(de)(de)工業(ye)化(hua)(hua)制(zhi)備(bei)技術仍(reng)需(xu)(xu)完(wan)善(shan)(shan)。

   3. 大(da)量研究表(biao)明，氮(dan)(dan)(dan)能夠顯著改善(shan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)力學和腐蝕等(deng)諸多性能，但(dan)相(xiang)(xiang)關機制仍(reng)存在一些爭議。例(li)如：氮(dan)(dan)(dan)促(cu)(cu)進(jin)(jin)(jin)短程有(you)序的(de)(de)形成(cheng)缺(que)(que)乏直(zhi)接(jie)的(de)(de)實驗證據，是(shi)否能促(cu)(cu)進(jin)(jin)(jin)位錯的(de)(de)平面(mian)滑移(yi)，提高(gao)(gao)(gao)(gao)加工(gong)硬化(hua)(hua)能力，進(jin)(jin)(jin)而改善(shan)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)強(qiang)塑性也存在爭議。氮(dan)(dan)(dan)促(cu)(cu)進(jin)(jin)(jin)NH3/NH的(de)(de)形成(cheng)可提高(gao)(gao)(gao)(gao)局(ju)部溶液pH,促(cu)(cu)進(jin)(jin)(jin)鈍化(hua)(hua)膜中鉻和鉬富集(ji)是(shi)氮(dan)(dan)(dan)改善(shan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)點蝕和縫隙腐蝕廣為接(jie)受的(de)(de)理論(lun)，其本質上是(shi)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶解影響了(le)其他元素的(de)(de)溶解和沉積(ji)(ji)過(guo)程，但(dan)局(ju)部溶液pH的(de)(de)改善(shan)如何(he)影響其他元素的(de)(de)溶解和沉積(ji)(ji)過(guo)程及其影響程度缺(que)(que)乏相(xiang)(xiang)關的(de)(de)理論(lun)計(ji)算。此外，從(cong)原子尺度揭示氮(dan)(dan)(dan)對位錯、層錯和孿(luan)晶等(deng)晶格缺(que)(que)陷的(de)(de)影響規(gui)律仍(reng)需深入研究。基于(yu)以氮(dan)(dan)(dan)代碳(tan)的(de)(de)合(he)金設計(ji)理念，開(kai)發了(le)系列(lie)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模(mo)(mo)具鋼(gang)和軸承鋼(gang)，其核心是(shi)細小彌散氮(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)析(xi)出(chu)影響了(le)粗大(da)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)析(xi)出(chu)過(guo)程，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)固溶強(qiang)化(hua)(hua)和析(xi)出(chu)強(qiang)化(hua)(hua)改善(shan)了(le)材料的(de)(de)強(qiang)韌性。然而，氮(dan)(dan)(dan)與釩協(xie)同如何(he)影響高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模(mo)(mo)具鋼(gang)和軸承鋼(gang)中析(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)的(de)(de)形成(cheng)過(guo)程，進(jin)(jin)(jin)而影響其性能的(de)(de)研究尚(shang)需深入。

   4. 作為(wei)正在繁(fan)榮發展(zhan)的(de)(de)高氮(dan)馬氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)（如工(gong)(gong)(gong)模具鋼(gang)、軸承鋼(gang)等），與之(zhi)配套的(de)(de)熱處理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝是(shi)調(diao)控其析(xi)出相（碳化物、氮(dan)化物等）及馬氏體(ti)(ti)和(he)殘余奧氏體(ti)(ti)含量、形態(tai)、尺寸和(he)分(fen)布等組(zu)(zu)織(zhi)，決定(ding)產品最終性(xing)(xing)能、服役壽命和(he)可靠(kao)性(xing)(xing)的(de)(de)關鍵環節。發展(zhan)新型的(de)(de)熱處理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝［如淬火－深冷(leng)－配分(fen)－回火（Q-C-P-T)],明(ming)晰高氮(dan)馬氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)在熱處理(li)(li)過程中的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)演(yan)變(bian)規(gui)律，闡(chan)明(ming)氮(dan)元素的(de)(de)擴散行為(wei)及其對(dui)組(zu)(zu)織(zhi)和(he)性(xing)(xing)能的(de)(de)影響(xiang)機理(li)(li)，以實現組(zu)(zu)織(zhi)和(he)性(xing)(xing)能的(de)(de)精確(que)調(diao)控將(jiang)是(shi)熱處理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝的(de)(de)研(yan)究熱點。

   5. 高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)技(ji)(ji)術(shu)仍是制約高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)品(pin)種(zhong)開發(fa)和(he)(he)工(gong)程化廣泛應用的(de)(de)瓶頸之一(yi)。針(zhen)對(dui)高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)傳統(tong)熔焊中仍存在氮氣逸出(chu)(chu)導致氮損失、氮化物(wu)大量(liang)析(xi)出(chu)(chu)等(deng)難題(ti)，固相(xiang)(xiang)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)擦(ca)(ca)焊技(ji)(ji)術(shu)為(wei)高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)高質量(liang)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)提供一(yi)條(tiao)新思路和(he)(he)新途(tu)徑(jing)。由于高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)高的(de)(de)熔點、硬度、加(jia)工(gong)硬化能力，該技(ji)(ji)術(shu)仍存在攪拌(ban)(ban)針(zhen)磨損問題(ti)比(bi)較嚴重(zhong)，且無法高質量(liang)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)很厚的(de)(de)焊件等(deng)問題(ti)。激光(guang)(guang)輔(fu)助加(jia)熱(re)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)擦(ca)(ca)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)將是高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)技(ji)(ji)術(shu)未(wei)來的(de)(de)發(fa)展方(fang)(fang)向(xiang)，通過精確控制激光(guang)(guang)能量(liang)輸入和(he)(he)預(yu)熱(re)區域對(dui)焊件預(yu)熱(re)，降低焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)需要的(de)(de)摩(mo)擦(ca)(ca)熱(re)和(he)(he)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭在敏化溫度停(ting)留時間，從(cong)而(er)一(yi)定程度上減(jian)輕攪拌(ban)(ban)針(zhen)的(de)(de)磨損和(he)(he)減(jian)小焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)影(ying)響區的(de)(de)氮化物(wu)等(deng)二次相(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)(chu)傾(qing)向(xiang)，提高焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)速度和(he)(he)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)質量(liang)。因此(ci)，急(ji)需對(dui)激光(guang)(guang)輔(fu)助加(jia)熱(re)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)擦(ca)(ca)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)藝(yi)理論、模擬、性能及相(xiang)(xiang)關(guan)機理方(fang)(fang)面開展深(shen)入研(yan)究(jiu)。此(ci)外，發(fa)展加(jia)壓(ya)熔焊裝備、工(gong)藝(yi)并開展相(xiang)(xiang)關(guan)基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)，也(ye)是解決常壓(ya)下高氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)熔焊難題(ti)的(de)(de)有效途(tu)徑(jing)。

   6. 我國高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)研發(fa)(fa)尚處于起步階段，尤其是此類材料在典(dian)型(xing)服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)中(zhong)性能劣化(hua)(hua)的(de)行(xing)為(wei)、失(shi)效機理(li)等方(fang)面(mian)的(de)研究(jiu)薄(bo)弱，實際(ji)服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)相關數據(ju)積(ji)累更為(wei)缺(que)乏，例如：艦載(zai)機用(yong)航空高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)軸承鋼在高(gao)(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)(gao)速(su)、重載(zai)條件(jian)下(xia)的(de)腐(fu)蝕(shi)疲勞失(shi)效機制(zhi)(zhi)，海洋工程裝備用(yong)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼在高(gao)(gao)(gao)氯離(li)子濃度(du)、高(gao)(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)(gao)濕、浪涌(yong)、飛濺、海洋生物(wu)多(duo)等復雜海洋環(huan)境(jing)中(zhong)腐(fu)蝕(shi)行(xing)為(wei)及(ji)失(shi)效機理(li)，相關基礎數據(ju)的(de)缺(que)失(shi)嚴重制(zhi)(zhi)約了高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)研發(fa)(fa)進(jin)程和大(da)規模(mo)應用(yong)。因此，急需建立模(mo)擬高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼在典(dian)型(xing)服(fu)役(yi)環(huan)境(jing)中(zhong)性能劣化(hua)(hua)的(de)研究(jiu)方(fang)法，闡明其失(shi)效機制(zhi)(zhi)；同(tong)時，加強(qiang)服(fu)役(yi)性能數據(ju)積(ji)累，為(wei)合金(jin)成分(fen)的(de)進(jin)一步優化(hua)(hua)和應用(yong)領域的(de)拓展提供強(qiang)有力(li)的(de)數據(ju)支撐。