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(bu)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(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)作為(wei)材(cai)料研發的一個新領域，發展潛力(li)巨大。雖然圍(wei)繞(rao)高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)冶(ye)金學基礎(chu)、制備技(ji)術、組織(zhi)和性能、焊接等(deng)方(fang)面(mian)開展了(le)大量(liang)研究，但(dan)尚有(you)很多急需(xu)解決(jue)的問題，特別是我國在高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)基礎(chu)研究、工業化的加壓(ya)冶(ye)金關(guan)鍵(jian)裝備研發、加壓(ya)冶(ye)金制備技(ji)術等(deng)方(fang)面(mian)相對薄弱。為(wei)了(le)推動(dong)高(gao)氮(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)向(xiang)高(gao)性能、低(di)成本、規(gui)模化方(fang)向(xiang)發展，需(xu)解決(jue)以下關(guan)鍵(jian)科學和技(ji)術問題。

   1. 雖然(ran)科研工作(zuo)者對氮(dan)(dan)(dan)在不銹(xiu)鋼熔體中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)行為進行了(le)大量研究(jiu)，并建立了(le)氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度模型(xing)和(he)(he)動(dong)(dong)力學模型(xing)，但(dan)大部分氮(dan)(dan)(dan)含量數(shu)據(ju)是常(chang)壓下測(ce)量的(de)(de)，加壓下的(de)(de)數(shu)據(ju)仍比較匱乏，需進一步完善(shan)，且氮(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)動(dong)(dong)力學的(de)(de)限(xian)制(zhi)性環節尚存在一定爭議。研究(jiu)表明，加壓凝(ning)固(gu)(gu)能夠強(qiang)化(hua)(hua)冷(leng)卻、細化(hua)(hua)枝晶組織，抑制(zhi)疏松縮孔，改善(shan)偏析(xi)、夾(jia)雜物和(he)(he)析(xi)出相分布，但(dan)凝(ning)固(gu)(gu)壓力與(yu)偏析(xi)度和(he)(he)氣孔形成之間(jian)的(de)(de)定量關系仍需深入研究(jiu)。氮(dan)(dan)(dan)含量的(de)(de)精確(que)控制(zhi)與(yu)冶煉過(guo)程(cheng)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)行為和(he)(he)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)偏析(xi)行為密(mi)切相關，但(dan)如何(he)精確(que)定量化(hua)(hua)冶煉和(he)(he)凝(ning)固(gu)(gu)壓力，以實現鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)含量和(he)(he)氮(dan)(dan)(dan)均(jun)勻性的(de)(de)精確(que)控制(zhi)，仍然(ran)是值得(de)重(zhong)點關注(zhu)的(de)(de)問(wen)題。

   2. 高(gao)效(xiao)快速(su)增氮(dan)(dan)且易(yi)于(yu)精確控氮(dan)(dan)、適合(he)(he)于(yu)工(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)大(da)規模生產、相對低成本的(de)(de)高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼制(zhi)(zhi)備技術(shu)將是(shi)(shi)未來的(de)(de)發(fa)展方向。目前，添加氮(dan)(dan)化(hua)(hua)合(he)(he)金的(de)(de)加壓(ya)電渣重(zhong)熔是(shi)(shi)商業(ye)化(hua)(hua)生產高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)有效(xiao)手(shou)段，但存在冶煉過程(cheng)渣池沸(fei)騰、氮(dan)(dan)分布不(bu)(bu)均(jun)(jun)和易(yi)增硅等問(wen)題，需二次重(zhong)熔以(yi)改善氮(dan)(dan)元素分布均(jun)(jun)勻性(xing)，成本較高(gao)，且為獲得較高(gao)氮(dan)(dan)含量(liang)，需提(ti)高(gao)熔煉壓(ya)力，而這會加速(su)設備損耗。相對于(yu)單步法(fa)工(gong)(gong)藝，加壓(ya)感(gan)應／加壓(ya)鋼包(bao)＋加壓(ya)電渣雙聯工(gong)(gong)藝將氮(dan)(dan)合(he)(he)金化(hua)(hua)任務以(yi)及凝固組織(zhi)調控和純(chun)凈度提(ti)升任務進行(xing)分解，與(yu)常規工(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)精煉裝備聯合(he)(he)，對于(yu)制(zhi)(zhi)備高(gao)純(chun)、均(jun)(jun)質(zhi)、氮(dan)(dan)含量(liang)精確可控的(de)(de)高(gao)品質(zhi)高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹鋼優勢(shi)顯著。但仍面臨加壓(ya)感(gan)應／加壓(ya)鋼包(bao)大(da)型(xing)化(hua)(hua)過程(cheng)中的(de)(de)系列設計和制(zhi)(zhi)造問(wen)題，同時與(yu)之配套的(de)(de)工(gong)(gong)業(ye)化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)備技術(shu)仍需完善。

   3. 大(da)量研(yan)究表明，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)能夠顯(xian)著改善不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)學(xue)和(he)(he)腐蝕(shi)等諸多性(xing)能，但相關(guan)機(ji)制(zhi)仍存(cun)(cun)在一些(xie)爭議。例如：氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)促(cu)(cu)進(jin)(jin)短(duan)程有序的(de)(de)(de)(de)(de)形成缺(que)(que)(que)乏直(zhi)接(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗證據，是否能促(cu)(cu)進(jin)(jin)位錯的(de)(de)(de)(de)(de)平面滑移，提(ti)高(gao)(gao)加工硬化(hua)(hua)(hua)能力(li)，進(jin)(jin)而(er)改善高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)塑性(xing)也存(cun)(cun)在爭議。氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)促(cu)(cu)進(jin)(jin)NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)形成可提(ti)高(gao)(gao)局(ju)部(bu)溶(rong)液(ye)pH,促(cu)(cu)進(jin)(jin)鈍化(hua)(hua)(hua)膜中(zhong)鉻(ge)和(he)(he)鉬富(fu)集是氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)改善不銹(xiu)鋼(gang)(gang)點蝕(shi)和(he)(he)縫隙(xi)腐蝕(shi)廣(guang)為接(jie)受的(de)(de)(de)(de)(de)理論，其(qi)本(ben)質上(shang)是氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解影(ying)響(xiang)了(le)其(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)(he)沉積(ji)過程，但局(ju)部(bu)溶(rong)液(ye)pH的(de)(de)(de)(de)(de)改善如何影(ying)響(xiang)其(qi)他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解和(he)(he)沉積(ji)過程及(ji)其(qi)影(ying)響(xiang)程度(du)(du)缺(que)(que)(que)乏相關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)理論計(ji)算。此外，從原子(zi)尺度(du)(du)揭示氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)對位錯、層錯和(he)(he)孿晶等晶格缺(que)(que)(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)規律仍需深入研(yan)究。基于以氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)代碳的(de)(de)(de)(de)(de)合金設計(ji)理念，開(kai)發了(le)系列(lie)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和(he)(he)軸承鋼(gang)(gang)，其(qi)核心(xin)是細小彌散氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)影(ying)響(xiang)了(le)粗大(da)碳化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)過程，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)強(qiang)化(hua)(hua)(hua)和(he)(he)析出(chu)(chu)強(qiang)化(hua)(hua)(hua)改善了(le)材料的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)韌性(xing)。然而(er)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)與釩協(xie)同(tong)如何影(ying)響(xiang)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)工模具鋼(gang)(gang)和(he)(he)軸承鋼(gang)(gang)中(zhong)析出(chu)(chu)相的(de)(de)(de)(de)(de)形成過程，進(jin)(jin)而(er)影(ying)響(xiang)其(qi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究尚(shang)需深入。

   4. 作為正在(zai)繁榮發(fa)展的(de)(de)(de)高氮(dan)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)（如工模(mo)具鋼(gang)、軸承(cheng)鋼(gang)等(deng)），與之配(pei)套的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)是調控(kong)其析出(chu)相（碳(tan)化物、氮(dan)化物等(deng)）及(ji)(ji)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)和殘余奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)含量、形態(tai)、尺(chi)寸和分布等(deng)組(zu)(zu)織，決定產品最終性能、服役壽(shou)命和可靠性的(de)(de)(de)關鍵環節(jie)。發(fa)展新型(xing)的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)［如淬火－深冷－配(pei)分－回火（Q-C-P-T)],明(ming)晰高氮(dan)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)熱(re)處(chu)理(li)過程中的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織演變規律(lv)，闡明(ming)氮(dan)元素的(de)(de)(de)擴散行為及(ji)(ji)其對組(zu)(zu)織和性能的(de)(de)(de)影響機理(li)，以實現組(zu)(zu)織和性能的(de)(de)(de)精確調控(kong)將(jiang)是熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)的(de)(de)(de)研究熱(re)點。

   5. 高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)(shu)仍是(shi)制約高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)品種開(kai)發和(he)(he)工程(cheng)(cheng)化廣泛應用的(de)(de)瓶頸之(zhi)一(yi)。針(zhen)(zhen)對高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)傳統(tong)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)中(zhong)仍存在(zai)氮(dan)(dan)氣逸出導致氮(dan)(dan)損失(shi)、氮(dan)(dan)化物大量(liang)(liang)析出等(deng)難題(ti)，固相(xiang)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩擦(ca)(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)技術(shu)(shu)為高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)提供一(yi)條新思路和(he)(he)新途徑。由于高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)高(gao)(gao)的(de)(de)熔點、硬度、加(jia)(jia)工硬化能(neng)(neng)力，該技術(shu)(shu)仍存在(zai)攪拌(ban)(ban)針(zhen)(zhen)磨(mo)損問題(ti)比較嚴重(zhong)，且無法高(gao)(gao)質(zhi)量(liang)(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)很厚的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)件(jian)等(deng)問題(ti)。激(ji)光輔助加(jia)(jia)熱(re)(re)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩擦(ca)(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)將是(shi)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)技術(shu)(shu)未來的(de)(de)發展(zhan)方(fang)(fang)向，通過(guo)精確控(kong)制激(ji)光能(neng)(neng)量(liang)(liang)輸入(ru)和(he)(he)預(yu)熱(re)(re)區(qu)域對焊(han)(han)(han)(han)(han)件(jian)預(yu)熱(re)(re)，降(jiang)低(di)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)需要的(de)(de)摩擦(ca)(ca)熱(re)(re)和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)在(zai)敏(min)化溫度停留時間，從(cong)而一(yi)定程(cheng)(cheng)度上減輕攪拌(ban)(ban)針(zhen)(zhen)的(de)(de)磨(mo)損和(he)(he)減小焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)(re)影響區(qu)的(de)(de)氮(dan)(dan)化物等(deng)二次相(xiang)析出傾向，提高(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)速度和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)質(zhi)量(liang)(liang)。因此(ci)，急需對激(ji)光輔助加(jia)(jia)熱(re)(re)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)摩擦(ca)(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工藝(yi)理論、模擬、性能(neng)(neng)及(ji)相(xiang)關機(ji)理方(fang)(fang)面開(kai)展(zhan)深(shen)入(ru)研(yan)究。此(ci)外，發展(zhan)加(jia)(jia)壓熔焊(han)(han)(han)(han)(han)裝備、工藝(yi)并開(kai)展(zhan)相(xiang)關基礎(chu)研(yan)究，也(ye)是(shi)解(jie)決常壓下高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)難題(ti)的(de)(de)有效途徑。

   6. 我國高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)研(yan)(yan)發尚處于起步階段，尤其(qi)是此類(lei)材料在(zai)典型服(fu)(fu)(fu)役(yi)(yi)環(huan)境(jing)中性(xing)能(neng)劣化(hua)(hua)的(de)行為(wei)、失效(xiao)機(ji)理(li)等方面的(de)研(yan)(yan)究(jiu)薄(bo)弱(ruo)，實際服(fu)(fu)(fu)役(yi)(yi)環(huan)境(jing)下的(de)相關數據(ju)積累更為(wei)缺乏，例如：艦(jian)載(zai)機(ji)用(yong)航空高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹軸承鋼(gang)(gang)在(zai)高(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)速(su)、重(zhong)載(zai)條件下的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)疲(pi)勞失效(xiao)機(ji)制(zhi)，海洋工程裝(zhuang)備用(yong)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)高(gao)(gao)(gao)氯離子濃度、高(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)濕、浪涌、飛(fei)濺(jian)、海洋生物多(duo)等復雜海洋環(huan)境(jing)中腐(fu)(fu)蝕(shi)行為(wei)及(ji)失效(xiao)機(ji)理(li)，相關基礎數據(ju)的(de)缺失嚴(yan)重(zhong)制(zhi)約(yue)了高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)研(yan)(yan)發進(jin)程和(he)大規模應(ying)用(yong)。因此，急需建立模擬高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在(zai)典型服(fu)(fu)(fu)役(yi)(yi)環(huan)境(jing)中性(xing)能(neng)劣化(hua)(hua)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)方法(fa)，闡明其(qi)失效(xiao)機(ji)制(zhi)；同時，加強(qiang)服(fu)(fu)(fu)役(yi)(yi)性(xing)能(neng)數據(ju)積累，為(wei)合金(jin)成分的(de)進(jin)一步優化(hua)(hua)和(he)應(ying)用(yong)領域的(de)拓展提供強(qiang)有力的(de)數據(ju)支撐。