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(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。

  高氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼作為(wei)材料研發(fa)(fa)的(de)一個新領域，發(fa)(fa)展(zhan)潛力巨大。雖然圍繞高氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼冶金學(xue)基礎(chu)、制備(bei)技(ji)術、組(zu)織(zhi)和性(xing)能(neng)、焊(han)接等(deng)方(fang)(fang)面(mian)開展(zhan)了大量研究，但尚有很(hen)多急需解決的(de)問題，特別是(shi)我國在高氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼基礎(chu)研究、工業化(hua)的(de)加壓冶金關(guan)鍵(jian)裝備(bei)研發(fa)(fa)、加壓冶金制備(bei)技(ji)術等(deng)方(fang)(fang)面(mian)相對薄弱。為(wei)了推(tui)動高氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼向高性(xing)能(neng)、低成本、規模(mo)化(hua)方(fang)(fang)向發(fa)(fa)展(zhan)，需解決以下(xia)關(guan)鍵(jian)科學(xue)和技(ji)術問題。

   1. 雖然科研工(gong)作者對氮(dan)在(zai)(zai)不銹鋼熔體中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解行(xing)為進行(xing)了大量(liang)研究，并建(jian)立了氮(dan)溶解度模(mo)型(xing)(xing)和(he)(he)動力學模(mo)型(xing)(xing)，但大部分(fen)氮(dan)含(han)(han)量(liang)數據是常(chang)壓下測量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)，加(jia)壓下的(de)(de)(de)(de)(de)數據仍(reng)(reng)比較匱乏，需(xu)(xu)進一步完善，且氮(dan)溶解動力學的(de)(de)(de)(de)(de)限制(zhi)性(xing)環(huan)節尚(shang)存在(zai)(zai)一定爭議(yi)。研究表明，加(jia)壓凝固能夠強化(hua)冷卻、細(xi)化(hua)枝晶組織，抑制(zhi)疏松(song)縮孔，改善偏析(xi)、夾(jia)雜物和(he)(he)析(xi)出相分(fen)布，但凝固壓力與(yu)偏析(xi)度和(he)(he)氣(qi)孔形(xing)成之間的(de)(de)(de)(de)(de)定量(liang)關(guan)系(xi)仍(reng)(reng)需(xu)(xu)深入研究。氮(dan)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)精(jing)確控制(zhi)與(yu)冶煉過程氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶解行(xing)為和(he)(he)凝固過程中(zhong)(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)偏析(xi)行(xing)為密切相關(guan)，但如(ru)何精(jing)確定量(liang)化(hua)冶煉和(he)(he)凝固壓力，以實現鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)含(han)(han)量(liang)和(he)(he)氮(dan)均勻性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)精(jing)確控制(zhi)，仍(reng)(reng)然是值得重(zhong)點關(guan)注的(de)(de)(de)(de)(de)問題。

   2. 高(gao)效快速(su)增(zeng)氮(dan)(dan)且易(yi)于精(jing)確控氮(dan)(dan)、適(shi)合(he)(he)于工業化(hua)大規(gui)模生產、相對低成本的高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)制(zhi)備(bei)技(ji)(ji)術將(jiang)是(shi)未來的發展方向。目前，添加(jia)(jia)(jia)氮(dan)(dan)化(hua)合(he)(he)金的加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)電渣重(zhong)熔是(shi)商(shang)業化(hua)生產高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的有效手(shou)段，但存在(zai)冶煉(lian)過程(cheng)渣池沸(fei)騰、氮(dan)(dan)分(fen)布(bu)不(bu)(bu)均(jun)和易(yi)增(zeng)硅等問題(ti)，需二次重(zhong)熔以(yi)改善氮(dan)(dan)元素(su)分(fen)布(bu)均(jun)勻(yun)性(xing)，成本較高(gao)，且為獲得(de)較高(gao)氮(dan)(dan)含量，需提高(gao)熔煉(lian)壓(ya)(ya)(ya)力，而這(zhe)會加(jia)(jia)(jia)速(su)設備(bei)損(sun)耗(hao)。相對于單步法(fa)工藝(yi)，加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)＋加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)電渣雙(shuang)聯工藝(yi)將(jiang)氮(dan)(dan)合(he)(he)金化(hua)任務以(yi)及凝(ning)固組織(zhi)調控和純(chun)凈度提升(sheng)任務進(jin)行分(fen)解，與(yu)常(chang)規(gui)工業化(hua)精(jing)煉(lian)裝備(bei)聯合(he)(he)，對于制(zhi)備(bei)高(gao)純(chun)、均(jun)質(zhi)、氮(dan)(dan)含量精(jing)確可控的高(gao)品質(zhi)高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)優(you)勢(shi)顯(xian)著。但仍(reng)(reng)面臨加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)大型化(hua)過程(cheng)中的系列設計和制(zhi)造問題(ti)，同時與(yu)之配(pei)套的工業化(hua)制(zhi)備(bei)技(ji)(ji)術仍(reng)(reng)需完善。

   3. 大量研究表明(ming)，氮(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)夠顯著改(gai)(gai)善不銹鋼的(de)(de)(de)(de)力(li)學和(he)腐(fu)(fu)蝕等諸多性(xing)能(neng)(neng)，但(dan)相關機制(zhi)仍存(cun)在(zai)(zai)一些(xie)爭議(yi)。例(li)如(ru)：氮(dan)(dan)(dan)促進(jin)短(duan)程(cheng)有序的(de)(de)(de)(de)形成缺(que)乏直接(jie)的(de)(de)(de)(de)實驗(yan)證據，是(shi)(shi)否能(neng)(neng)促進(jin)位(wei)錯(cuo)的(de)(de)(de)(de)平面滑移，提高(gao)(gao)加(jia)工(gong)硬化(hua)能(neng)(neng)力(li)，進(jin)而(er)改(gai)(gai)善高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不銹鋼的(de)(de)(de)(de)強(qiang)塑(su)性(xing)也存(cun)在(zai)(zai)爭議(yi)。氮(dan)(dan)(dan)促進(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)形成可提高(gao)(gao)局(ju)部溶(rong)液pH,促進(jin)鈍(dun)化(hua)膜中鉻和(he)鉬富集是(shi)(shi)氮(dan)(dan)(dan)改(gai)(gai)善不銹鋼點(dian)蝕和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕廣為接(jie)受的(de)(de)(de)(de)理論，其(qi)本質(zhi)上是(shi)(shi)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解影響(xiang)了其(qi)他元素的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)沉積過程(cheng)，但(dan)局(ju)部溶(rong)液pH的(de)(de)(de)(de)改(gai)(gai)善如(ru)何(he)影響(xiang)其(qi)他元素的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)沉積過程(cheng)及(ji)其(qi)影響(xiang)程(cheng)度缺(que)乏相關的(de)(de)(de)(de)理論計算。此外，從原(yuan)子尺度揭示氮(dan)(dan)(dan)對位(wei)錯(cuo)、層(ceng)錯(cuo)和(he)孿晶等晶格缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)規(gui)律仍需(xu)深入研究。基于以氮(dan)(dan)(dan)代碳的(de)(de)(de)(de)合金設計理念(nian)，開發了系列高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼和(he)軸承(cheng)鋼，其(qi)核心是(shi)(shi)細小彌散(san)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)影響(xiang)了粗大碳化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)過程(cheng)，氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)固溶(rong)強(qiang)化(hua)和(he)析出(chu)(chu)強(qiang)化(hua)改(gai)(gai)善了材料的(de)(de)(de)(de)強(qiang)韌(ren)性(xing)。然而(er)，氮(dan)(dan)(dan)與釩協同如(ru)何(he)影響(xiang)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼和(he)軸承(cheng)鋼中析出(chu)(chu)相的(de)(de)(de)(de)形成過程(cheng)，進(jin)而(er)影響(xiang)其(qi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)研究尚(shang)需(xu)深入。

   4. 作為(wei)正在繁榮發(fa)展的(de)高氮馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)（如工(gong)(gong)模具鋼(gang)、軸承(cheng)鋼(gang)等），與(yu)之配(pei)套的(de)熱處理工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是(shi)(shi)調控其析出相(xiang)（碳化物(wu)、氮化物(wu)等）及馬(ma)氏(shi)體(ti)和殘余奧(ao)氏(shi)體(ti)含量(liang)、形態、尺寸和分布等組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，決(jue)定產(chan)品(pin)最終性能(neng)、服役壽命和可靠(kao)性的(de)關鍵環節。發(fa)展新型(xing)的(de)熱處理工(gong)(gong)藝(yi)(yi)［如淬火(huo)－深冷－配(pei)分－回火(huo)（Q-C-P-T)],明晰高氮馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)在熱處理過(guo)程中的(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)演變規律，闡明氮元素的(de)擴散行為(wei)及其對組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)和性能(neng)的(de)影響機理，以實現組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)和性能(neng)的(de)精確調控將是(shi)(shi)熱處理工(gong)(gong)藝(yi)(yi)的(de)研究熱點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術(shu)仍(reng)是制約(yue)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)品種開發和工(gong)程化廣泛(fan)應(ying)用(yong)的(de)(de)(de)瓶頸之一(yi)。針(zhen)對高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)傳統熔焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)中仍(reng)存(cun)(cun)在(zai)氮氣(qi)逸出導致氮損(sun)失、氮化物(wu)大量(liang)析出等難(nan)題(ti)，固相(xiang)(xiang)連接(jie)(jie)的(de)(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)技術(shu)為高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)提供一(yi)條新(xin)思路和新(xin)途徑。由于高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)熔點、硬度(du)(du)、加工(gong)硬化能力(li)，該技術(shu)仍(reng)存(cun)(cun)在(zai)攪拌(ban)(ban)針(zhen)磨損(sun)問(wen)題(ti)比較嚴重(zhong)，且無(wu)法高(gao)(gao)(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)很厚的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)件等問(wen)題(ti)。激(ji)光輔(fu)助加熱(re)的(de)(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)將是高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)技術(shu)未來的(de)(de)(de)發展方向(xiang)，通過精(jing)確控制激(ji)光能量(liang)輸入(ru)和預熱(re)區(qu)域對焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)件預熱(re)，降低(di)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)需要(yao)的(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦熱(re)和焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)頭在(zai)敏化溫度(du)(du)停留時間(jian)，從而一(yi)定程度(du)(du)上減輕(qing)攪拌(ban)(ban)針(zhen)的(de)(de)(de)磨損(sun)和減小焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)氮化物(wu)等二次相(xiang)(xiang)析出傾向(xiang)，提高(gao)(gao)(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度(du)(du)和焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)質量(liang)。因(yin)此，急需對激(ji)光輔(fu)助加熱(re)的(de)(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩(mo)(mo)擦焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝理(li)論(lun)、模擬(ni)、性(xing)能及(ji)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)機(ji)理(li)方面開展深入(ru)研究(jiu)(jiu)。此外，發展加壓(ya)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)裝(zhuang)備、工(gong)藝并開展相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)基礎(chu)研究(jiu)(jiu)，也是解決常(chang)壓(ya)下高(gao)(gao)(gao)(gao)氮不銹(xiu)鋼(gang)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)難(nan)題(ti)的(de)(de)(de)有(you)效途徑。

   6. 我(wo)國高(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)研發(fa)尚處于(yu)起步階段，尤其是此類材料在典型服(fu)役(yi)環境中(zhong)性能(neng)劣(lie)化的(de)行為(wei)(wei)、失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)機理等方面(mian)的(de)研究薄弱，實際服(fu)役(yi)環境下的(de)相關數(shu)據(ju)積累更(geng)為(wei)(wei)缺(que)乏，例如：艦載機用航(hang)空高(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)(xiu)軸(zhou)承(cheng)鋼在高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)速(su)、重載條件下的(de)腐蝕(shi)疲(pi)勞失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)機制(zhi)，海洋(yang)工程(cheng)裝備用高(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼在高(gao)(gao)氯離(li)子濃(nong)度、高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)濕、浪涌、飛濺、海洋(yang)生物多等復雜海洋(yang)環境中(zhong)腐蝕(shi)行為(wei)(wei)及失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)機理，相關基(ji)礎數(shu)據(ju)的(de)缺(que)失(shi)(shi)嚴重制(zhi)約了(le)高(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)研發(fa)進程(cheng)和大規模(mo)應用。因此，急需建立模(mo)擬高(gao)(gao)氮不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼在典型服(fu)役(yi)環境中(zhong)性能(neng)劣(lie)化的(de)研究方法，闡明其失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)機制(zhi)；同時，加強服(fu)役(yi)性能(neng)數(shu)據(ju)積累，為(wei)(wei)合金成(cheng)分(fen)的(de)進一步優化和應用領域(yu)的(de)拓展提供(gong)強有力的(de)數(shu)據(ju)支撐。