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。

  高氮不(bu)銹鋼(gang)作為(wei)(wei)材(cai)料(liao)研(yan)發的一個新領域，發展(zhan)潛力巨(ju)大(da)。雖然圍繞高氮不(bu)銹鋼(gang)冶(ye)金(jin)學基(ji)礎(chu)、制備(bei)技術、組織和性(xing)能、焊(han)接等(deng)方面(mian)開展(zhan)了(le)大(da)量研(yan)究，但尚有很多急需解決(jue)的問題(ti)(ti)，特別是我國在高氮不(bu)銹鋼(gang)基(ji)礎(chu)研(yan)究、工(gong)業化的加壓(ya)冶(ye)金(jin)關鍵(jian)裝備(bei)研(yan)發、加壓(ya)冶(ye)金(jin)制備(bei)技術等(deng)方面(mian)相對薄弱。為(wei)(wei)了(le)推動高氮不(bu)銹鋼(gang)向高性(xing)能、低成本、規模化方向發展(zhan)，需解決(jue)以下關鍵(jian)科學和技術問題(ti)(ti)。

   1. 雖然(ran)科(ke)研工作者對(dui)氮(dan)(dan)(dan)(dan)在不銹鋼(gang)熔體中的(de)(de)溶(rong)解(jie)行為進行了大量研究(jiu)(jiu)，并建立(li)了氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)度模(mo)型(xing)和動力(li)學模(mo)型(xing)，但大部分氮(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量數據是(shi)常壓(ya)下測量的(de)(de)，加(jia)壓(ya)下的(de)(de)數據仍比較匱(kui)乏，需(xu)進一(yi)步完(wan)善(shan)，且氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)解(jie)動力(li)學的(de)(de)限制(zhi)性環節(jie)尚存在一(yi)定(ding)爭議。研究(jiu)(jiu)表明，加(jia)壓(ya)凝固能夠強化(hua)冷卻、細化(hua)枝晶組(zu)織，抑制(zhi)疏松縮孔，改(gai)善(shan)偏析(xi)(xi)、夾雜物(wu)和析(xi)(xi)出相分布(bu)，但凝固壓(ya)力(li)與偏析(xi)(xi)度和氣孔形成之間的(de)(de)定(ding)量關系仍需(xu)深入研究(jiu)(jiu)。氮(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量的(de)(de)精確控(kong)制(zhi)與冶(ye)煉過程(cheng)氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶(rong)解(jie)行為和凝固過程(cheng)中氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)偏析(xi)(xi)行為密切相關，但如何精確定(ding)量化(hua)冶(ye)煉和凝固壓(ya)力(li)，以實現鋼(gang)中氮(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量和氮(dan)(dan)(dan)(dan)均勻性的(de)(de)精確控(kong)制(zhi)，仍然(ran)是(shi)值得(de)重點關注的(de)(de)問題。

   2. 高(gao)(gao)(gao)(gao)效(xiao)快(kuai)速(su)增氮(dan)(dan)且易于(yu)精確控氮(dan)(dan)、適合于(yu)工(gong)(gong)業化(hua)(hua)大規模(mo)生產、相對低成本的高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)技術(shu)將(jiang)是未來(lai)的發(fa)展方(fang)向。目前(qian)，添加(jia)(jia)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)合金(jin)的加(jia)(jia)壓(ya)電渣(zha)重熔(rong)是商業化(hua)(hua)生產高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的有效(xiao)手(shou)段，但存在冶煉(lian)過(guo)程渣(zha)池沸騰、氮(dan)(dan)分布不(bu)(bu)均(jun)和(he)易增硅(gui)等問(wen)題，需(xu)二次重熔(rong)以改善氮(dan)(dan)元素分布均(jun)勻性，成本較高(gao)(gao)(gao)(gao)，且為獲得較高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)，需(xu)提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)熔(rong)煉(lian)壓(ya)力，而(er)這會加(jia)(jia)速(su)設備(bei)(bei)損(sun)耗(hao)。相對于(yu)單步法工(gong)(gong)藝，加(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)包(bao)(bao)＋加(jia)(jia)壓(ya)電渣(zha)雙聯(lian)工(gong)(gong)藝將(jiang)氮(dan)(dan)合金(jin)化(hua)(hua)任務以及凝固組織調控和(he)純(chun)凈(jing)度提(ti)升(sheng)任務進行分解，與(yu)(yu)常規工(gong)(gong)業化(hua)(hua)精煉(lian)裝備(bei)(bei)聯(lian)合，對于(yu)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)高(gao)(gao)(gao)(gao)純(chun)、均(jun)質、氮(dan)(dan)含(han)量(liang)精確可控的高(gao)(gao)(gao)(gao)品(pin)質高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)優勢顯著。但仍(reng)面臨(lin)加(jia)(jia)壓(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)包(bao)(bao)大型化(hua)(hua)過(guo)程中的系列(lie)設計和(he)制(zhi)(zhi)造問(wen)題，同時與(yu)(yu)之配套的工(gong)(gong)業化(hua)(hua)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)技術(shu)仍(reng)需(xu)完善。

   3. 大量(liang)研(yan)究表明，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)夠顯著改(gai)善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)力(li)(li)學和(he)(he)(he)腐蝕等(deng)諸多性(xing)能(neng)(neng)，但(dan)相(xiang)關(guan)機制仍(reng)存在(zai)一些爭(zheng)議(yi)。例如：氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)促進(jin)(jin)短程(cheng)(cheng)有(you)序的(de)形(xing)成(cheng)(cheng)缺(que)乏(fa)直(zhi)接(jie)的(de)實驗證據，是(shi)否能(neng)(neng)促進(jin)(jin)位(wei)錯(cuo)的(de)平(ping)面滑移，提(ti)高(gao)(gao)加工(gong)硬化(hua)(hua)能(neng)(neng)力(li)(li)，進(jin)(jin)而改(gai)善(shan)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)強(qiang)塑性(xing)也存在(zai)爭(zheng)議(yi)。氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)促進(jin)(jin)NH3/NH的(de)形(xing)成(cheng)(cheng)可提(ti)高(gao)(gao)局部溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH,促進(jin)(jin)鈍化(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)鉻和(he)(he)(he)鉬富集是(shi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)改(gai)善(shan)不銹(xiu)鋼(gang)點蝕和(he)(he)(he)縫隙(xi)腐蝕廣為(wei)接(jie)受的(de)理論(lun)，其本質上是(shi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)溶(rong)(rong)(rong)解影(ying)響(xiang)了其他元素的(de)溶(rong)(rong)(rong)解和(he)(he)(he)沉積(ji)過(guo)程(cheng)(cheng)，但(dan)局部溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)pH的(de)改(gai)善(shan)如何影(ying)響(xiang)其他元素的(de)溶(rong)(rong)(rong)解和(he)(he)(he)沉積(ji)過(guo)程(cheng)(cheng)及(ji)其影(ying)響(xiang)程(cheng)(cheng)度缺(que)乏(fa)相(xiang)關(guan)的(de)理論(lun)計(ji)算。此(ci)外，從原子尺度揭示氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)對位(wei)錯(cuo)、層錯(cuo)和(he)(he)(he)孿晶等(deng)晶格缺(que)陷的(de)影(ying)響(xiang)規律仍(reng)需深入(ru)研(yan)究。基于以氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)代(dai)碳(tan)的(de)合金(jin)設計(ji)理念，開發(fa)了系列高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸承鋼(gang)，其核心是(shi)細(xi)小彌(mi)散氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)物的(de)析(xi)(xi)出(chu)(chu)影(ying)響(xiang)了粗(cu)大碳(tan)化(hua)(hua)物的(de)析(xi)(xi)出(chu)(chu)過(guo)程(cheng)(cheng)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)固(gu)溶(rong)(rong)(rong)強(qiang)化(hua)(hua)和(he)(he)(he)析(xi)(xi)出(chu)(chu)強(qiang)化(hua)(hua)改(gai)善(shan)了材料的(de)強(qiang)韌性(xing)。然(ran)而，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)與釩協同如何影(ying)響(xiang)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)工(gong)模具鋼(gang)和(he)(he)(he)軸承鋼(gang)中(zhong)析(xi)(xi)出(chu)(chu)相(xiang)的(de)形(xing)成(cheng)(cheng)過(guo)程(cheng)(cheng)，進(jin)(jin)而影(ying)響(xiang)其性(xing)能(neng)(neng)的(de)研(yan)究尚需深入(ru)。

   4. 作(zuo)為正在(zai)繁榮發展的(de)高氮馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼（如(ru)工模具鋼、軸承鋼等），與之配套的(de)熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)是調控(kong)其析出相（碳化(hua)物(wu)(wu)、氮化(hua)物(wu)(wu)等）及馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體和殘(can)余奧氏(shi)體含(han)量、形態、尺寸(cun)和分布(bu)等組(zu)織(zhi)，決定產品最終(zhong)性(xing)能(neng)、服役(yi)壽(shou)命和可靠性(xing)的(de)關鍵環節(jie)。發展新型的(de)熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)［如(ru)淬火－深冷(leng)－配分－回(hui)火（Q-C-P-T)],明晰高氮馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼在(zai)熱(re)處(chu)理(li)過程(cheng)中的(de)組(zu)織(zhi)演變規律，闡(chan)明氮元素的(de)擴散行為及其對組(zu)織(zhi)和性(xing)能(neng)的(de)影響機理(li)，以實(shi)現(xian)組(zu)織(zhi)和性(xing)能(neng)的(de)精確調控(kong)將是熱(re)處(chu)理(li)工藝(yi)的(de)研究熱(re)點。

   5. 高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)技(ji)術仍(reng)是制(zhi)約高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)品種開(kai)發和(he)工程化(hua)廣泛應用(yong)的(de)(de)瓶頸之(zhi)一(yi)。針對(dui)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)傳統熔焊(han)(han)(han)(han)(han)中仍(reng)存(cun)在氮(dan)氣逸出導致氮(dan)損(sun)失、氮(dan)化(hua)物大量(liang)析出等難題(ti)(ti)(ti)，固相連接(jie)(jie)的(de)(de)攪(jiao)拌(ban)摩擦焊(han)(han)(han)(han)(han)技(ji)術為高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)提供一(yi)條新思路(lu)和(he)新途徑(jing)。由于高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)熔點、硬度、加(jia)工硬化(hua)能(neng)(neng)力，該技(ji)術仍(reng)存(cun)在攪(jiao)拌(ban)針磨損(sun)問題(ti)(ti)(ti)比(bi)較(jiao)嚴(yan)重，且無法高(gao)(gao)(gao)質量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)很厚(hou)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)件等問題(ti)(ti)(ti)。激(ji)光輔(fu)助加(jia)熱的(de)(de)攪(jiao)拌(ban)摩擦焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)將是高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)技(ji)術未來的(de)(de)發展方向，通(tong)過(guo)精確控制(zhi)激(ji)光能(neng)(neng)量(liang)輸入(ru)(ru)和(he)預熱區域對(dui)焊(han)(han)(han)(han)(han)件預熱，降低焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)需要的(de)(de)摩擦熱和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)頭在敏(min)化(hua)溫度停留時(shi)間，從而一(yi)定程度上減(jian)(jian)輕攪(jiao)拌(ban)針的(de)(de)磨損(sun)和(he)減(jian)(jian)小(xiao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱影響區的(de)(de)氮(dan)化(hua)物等二次相析出傾(qing)向，提高(gao)(gao)(gao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)質量(liang)。因此，急需對(dui)激(ji)光輔(fu)助加(jia)熱的(de)(de)攪(jiao)拌(ban)摩擦焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝理論、模擬、性能(neng)(neng)及相關(guan)機(ji)理方面開(kai)展深入(ru)(ru)研(yan)究。此外，發展加(jia)壓(ya)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)裝備、工藝并開(kai)展相關(guan)基礎研(yan)究，也(ye)是解決(jue)常(chang)壓(ya)下(xia)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)難題(ti)(ti)(ti)的(de)(de)有效途徑(jing)。

   6. 我國高(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)研發尚(shang)處(chu)于起步階段，尤(you)其是此類材料在(zai)典型服(fu)役環(huan)境(jing)中性(xing)能(neng)劣化的(de)(de)行為、失(shi)(shi)效(xiao)機(ji)理等(deng)方面的(de)(de)研究(jiu)(jiu)薄弱(ruo)，實際服(fu)役環(huan)境(jing)下的(de)(de)相關數據積累更為缺乏，例如：艦載機(ji)用航空高(gao)氮不(bu)銹軸承(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)高(gao)溫、高(gao)速(su)、重(zhong)載條件下的(de)(de)腐蝕疲勞(lao)失(shi)(shi)效(xiao)機(ji)制，海(hai)(hai)洋(yang)工程(cheng)裝備用高(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)高(gao)氯離子濃度、高(gao)溫、高(gao)濕、浪涌、飛濺(jian)、海(hai)(hai)洋(yang)生物多等(deng)復雜海(hai)(hai)洋(yang)環(huan)境(jing)中腐蝕行為及失(shi)(shi)效(xiao)機(ji)理，相關基礎數據的(de)(de)缺失(shi)(shi)嚴重(zhong)制約了高(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)研發進程(cheng)和大規(gui)模(mo)應(ying)(ying)用。因此，急需建(jian)立模(mo)擬高(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)典型服(fu)役環(huan)境(jing)中性(xing)能(neng)劣化的(de)(de)研究(jiu)(jiu)方法，闡明其失(shi)(shi)效(xiao)機(ji)制；同時，加強(qiang)服(fu)役性(xing)能(neng)數據積累，為合(he)金成分(fen)的(de)(de)進一步優化和應(ying)(ying)用領域(yu)的(de)(de)拓展提供強(qiang)有力的(de)(de)數據支撐。