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)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)作為材料(liao)研(yan)發(fa)的(de)一個新領域，發(fa)展潛力巨大。雖然圍繞高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)冶(ye)金學基礎、制(zhi)備(bei)技(ji)術、組織和性(xing)(xing)能(neng)、焊接等(deng)方(fang)面開展了(le)大量研(yan)究，但尚有很多(duo)急需解(jie)(jie)決的(de)問(wen)(wen)題，特別(bie)是我國在高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)基礎研(yan)究、工業化(hua)的(de)加壓冶(ye)金關鍵裝備(bei)研(yan)發(fa)、加壓冶(ye)金制(zhi)備(bei)技(ji)術等(deng)方(fang)面相對(dui)薄弱。為了(le)推動高(gao)(gao)氮(dan)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)向高(gao)(gao)性(xing)(xing)能(neng)、低成本、規模化(hua)方(fang)向發(fa)展，需解(jie)(jie)決以下關鍵科(ke)學和技(ji)術問(wen)(wen)題。
1. 雖然(ran)科研工作者(zhe)對氮(dan)(dan)(dan)在不銹鋼熔體中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶解(jie)行(xing)為(wei)進行(xing)了大量研究(jiu)(jiu)(jiu)，并建立了氮(dan)(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)模型(xing)和(he)(he)動力(li)學模型(xing)，但大部分(fen)氮(dan)(dan)(dan)含量數(shu)據是(shi)(shi)常壓下測量的(de)(de)，加壓下的(de)(de)數(shu)據仍比(bi)較匱乏，需進一(yi)步完善，且(qie)氮(dan)(dan)(dan)溶解(jie)動力(li)學的(de)(de)限制性環節尚存在一(yi)定爭議(yi)。研究(jiu)(jiu)(jiu)表明，加壓凝固能夠強化冷卻、細化枝晶組織，抑(yi)制疏松縮孔(kong)，改善偏析(xi)(xi)、夾(jia)雜(za)物和(he)(he)析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)分(fen)布(bu)，但凝固壓力(li)與(yu)偏析(xi)(xi)度(du)(du)和(he)(he)氣孔(kong)形成之間的(de)(de)定量關系仍需深(shen)入(ru)研究(jiu)(jiu)(jiu)。氮(dan)(dan)(dan)含量的(de)(de)精(jing)(jing)確控(kong)制與(yu)冶煉(lian)過(guo)(guo)程氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)溶解(jie)行(xing)為(wei)和(he)(he)凝固過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)偏析(xi)(xi)行(xing)為(wei)密(mi)切(qie)相(xiang)關，但如何精(jing)(jing)確定量化冶煉(lian)和(he)(he)凝固壓力(li)，以實現鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)含量和(he)(he)氮(dan)(dan)(dan)均勻(yun)性的(de)(de)精(jing)(jing)確控(kong)制，仍然(ran)是(shi)(shi)值得重點關注的(de)(de)問題。
2. 高(gao)(gao)(gao)效(xiao)(xiao)快速(su)增(zeng)氮且(qie)易(yi)于精確(que)控氮、適合(he)于工(gong)業化(hua)(hua)(hua)(hua)大規模生產(chan)、相對低(di)成(cheng)本的(de)高(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)制備技術將(jiang)是未來的(de)發展(zhan)方向。目(mu)前，添加(jia)(jia)氮化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)金(jin)的(de)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)渣(zha)重(zhong)熔是商業化(hua)(hua)(hua)(hua)生產(chan)高(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)有效(xiao)(xiao)手段，但存在冶煉(lian)過程渣(zha)池沸(fei)騰、氮分(fen)布不(bu)均和易(yi)增(zeng)硅等問(wen)題，需二次重(zhong)熔以改善(shan)氮元(yuan)素分(fen)布均勻性(xing)，成(cheng)本較高(gao)(gao)(gao)，且(qie)為獲得較高(gao)(gao)(gao)氮含量，需提(ti)高(gao)(gao)(gao)熔煉(lian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)，而這會加(jia)(jia)速(su)設(she)備損耗。相對于單(dan)步法工(gong)藝，加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)(bao)＋加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)渣(zha)雙(shuang)聯工(gong)藝將(jiang)氮合(he)金(jin)化(hua)(hua)(hua)(hua)任(ren)務以及凝固(gu)組織調控和純(chun)(chun)凈度提(ti)升任(ren)務進行分(fen)解，與常規工(gong)業化(hua)(hua)(hua)(hua)精煉(lian)裝備聯合(he)，對于制備高(gao)(gao)(gao)純(chun)(chun)、均質、氮含量精確(que)可控的(de)高(gao)(gao)(gao)品質高(gao)(gao)(gao)氮不(bu)銹鋼(gang)(gang)優(you)勢顯著。但仍面臨加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)感(gan)應／加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)(bao)大型(xing)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中的(de)系列設(she)計和制造問(wen)題，同時(shi)與之配套的(de)工(gong)業化(hua)(hua)(hua)(hua)制備技術仍需完善(shan)。
3. 大量研究(jiu)(jiu)表明，氮(dan)(dan)(dan)(dan)能(neng)(neng)夠顯著(zhu)改(gai)善不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力學和(he)腐蝕等諸(zhu)多性(xing)(xing)能(neng)(neng)，但相(xiang)關(guan)機制(zhi)仍存(cun)在一些爭議(yi)(yi)。例(li)如：氮(dan)(dan)(dan)(dan)促進短程有(you)序的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成缺(que)乏(fa)直接的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗證據(ju)，是(shi)否(fou)能(neng)(neng)促進位錯(cuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平面滑移，提(ti)高(gao)加(jia)工硬化能(neng)(neng)力，進而改(gai)善高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強塑性(xing)(xing)也存(cun)在爭議(yi)(yi)。氮(dan)(dan)(dan)(dan)促進NH3/NH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成可提(ti)高(gao)局部溶(rong)(rong)液pH,促進鈍化膜中鉻和(he)鉬富集(ji)是(shi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)改(gai)善不銹(xiu)鋼(gang)點蝕和(he)縫隙腐蝕廣(guang)為接受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論，其(qi)(qi)本(ben)質(zhi)上是(shi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)影響了其(qi)(qi)他元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)和(he)沉(chen)積過(guo)(guo)(guo)程，但局部溶(rong)(rong)液pH的(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善如何影響其(qi)(qi)他元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)和(he)沉(chen)積過(guo)(guo)(guo)程及(ji)其(qi)(qi)影響程度缺(que)乏(fa)相(xiang)關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理(li)論計(ji)算(suan)。此外，從原子尺度揭示(shi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)對位錯(cuo)、層錯(cuo)和(he)孿晶等晶格缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響規律仍需(xu)深入研究(jiu)(jiu)。基于(yu)以氮(dan)(dan)(dan)(dan)代碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合金設(she)計(ji)理(li)念(nian)，開發了系(xi)列高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)工模具鋼(gang)和(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)，其(qi)(qi)核心是(shi)細(xi)小彌散氮(dan)(dan)(dan)(dan)化物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)影響了粗大碳(tan)化物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)過(guo)(guo)(guo)程，氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固溶(rong)(rong)強化和(he)析(xi)出(chu)強化改(gai)善了材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強韌性(xing)(xing)。然(ran)而，氮(dan)(dan)(dan)(dan)與(yu)釩協同(tong)如何影響高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)工模具鋼(gang)和(he)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)中析(xi)出(chu)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成過(guo)(guo)(guo)程，進而影響其(qi)(qi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)(jiu)尚需(xu)深入。
4. 作(zuo)為(wei)正在繁榮(rong)發(fa)展的(de)(de)高(gao)氮馬氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)（如工(gong)模具鋼(gang)(gang)(gang)、軸承鋼(gang)(gang)(gang)等(deng)），與之(zhi)配套(tao)的(de)(de)熱處(chu)理工(gong)藝是調控(kong)其(qi)析出相（碳化物、氮化物等(deng)）及馬氏體和(he)殘余奧氏體含量(liang)、形態(tai)、尺寸和(he)分布等(deng)組織(zhi)，決定產品最終性(xing)能(neng)、服役壽命和(he)可靠性(xing)的(de)(de)關(guan)鍵環(huan)節。發(fa)展新型的(de)(de)熱處(chu)理工(gong)藝［如淬火－深冷－配分－回火（Q-C-P-T)],明(ming)晰(xi)高(gao)氮馬氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在熱處(chu)理過程中的(de)(de)組織(zhi)演變規律，闡(chan)明(ming)氮元素的(de)(de)擴散行為(wei)及其(qi)對(dui)組織(zhi)和(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)影(ying)響機理，以(yi)實(shi)現組織(zhi)和(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)精確調控(kong)將是熱處(chu)理工(gong)藝的(de)(de)研(yan)究(jiu)熱點。
5. 高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)技術(shu)仍(reng)是(shi)(shi)制約高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)品種開(kai)發(fa)(fa)和(he)工(gong)(gong)程化(hua)廣泛應用的(de)(de)瓶(ping)頸之一(yi)。針對高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)傳(chuan)統熔焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)中仍(reng)存(cun)在氮(dan)(dan)(dan)氣逸出(chu)導致氮(dan)(dan)(dan)損失、氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物大量(liang)析出(chu)等難題(ti)(ti)(ti)，固相(xiang)(xiang)連接(jie)的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌摩擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)技術(shu)為高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)高(gao)質(zhi)(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)提供一(yi)條新(xin)思路和(he)新(xin)途徑(jing)。由于高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)高(gao)的(de)(de)熔點、硬度、加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)能(neng)(neng)力(li)，該技術(shu)仍(reng)存(cun)在攪(jiao)(jiao)拌針磨損問(wen)題(ti)(ti)(ti)比較嚴重，且無法(fa)高(gao)質(zhi)(zhi)量(liang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)很厚的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)件等問(wen)題(ti)(ti)(ti)。激(ji)光輔助加(jia)(jia)熱的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌摩擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)將是(shi)(shi)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)技術(shu)未來的(de)(de)發(fa)(fa)展方向(xiang)，通過精(jing)確(que)控制激(ji)光能(neng)(neng)量(liang)輸入和(he)預(yu)熱區域(yu)對焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)件預(yu)熱，降低(di)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)需(xu)要的(de)(de)摩擦(ca)熱和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)頭在敏化(hua)溫度停留時間，從而一(yi)定(ding)程度上減(jian)(jian)輕攪(jiao)(jiao)拌針的(de)(de)磨損和(he)減(jian)(jian)小(xiao)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)熱影響區的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物等二(er)次相(xiang)(xiang)析出(chu)傾向(xiang)，提高(gao)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)速度和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)質(zhi)(zhi)量(liang)。因此，急需(xu)對激(ji)光輔助加(jia)(jia)熱的(de)(de)攪(jiao)(jiao)拌摩擦(ca)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)工(gong)(gong)藝(yi)理論、模擬、性能(neng)(neng)及相(xiang)(xiang)關機理方面(mian)開(kai)展深入研究(jiu)。此外(wai)，發(fa)(fa)展加(jia)(jia)壓熔焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)裝備、工(gong)(gong)藝(yi)并開(kai)展相(xiang)(xiang)關基(ji)礎研究(jiu)，也是(shi)(shi)解(jie)決常壓下高(gao)氮(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)熔焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)難題(ti)(ti)(ti)的(de)(de)有效途徑(jing)。
6. 我國高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹鋼的(de)(de)研(yan)(yan)發尚處于起步階(jie)段，尤其(qi)是此(ci)類(lei)材料(liao)在典型服(fu)(fu)役環(huan)境中性能(neng)劣(lie)化(hua)的(de)(de)行為、失(shi)效機(ji)理(li)(li)等方面的(de)(de)研(yan)(yan)究薄(bo)弱，實際服(fu)(fu)役環(huan)境下的(de)(de)相關數據(ju)積(ji)累更為缺(que)乏，例如：艦載機(ji)用航空(kong)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹軸承鋼在高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)(gao)(gao)速、重(zhong)載條件下的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)疲(pi)勞失(shi)效機(ji)制，海洋(yang)工程(cheng)裝備用高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹鋼在高(gao)(gao)(gao)(gao)氯離子濃度、高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)(gao)(gao)濕、浪涌、飛濺、海洋(yang)生物多等復雜海洋(yang)環(huan)境中腐(fu)蝕(shi)行為及失(shi)效機(ji)理(li)(li)，相關基礎數據(ju)的(de)(de)缺(que)失(shi)嚴重(zhong)制約了(le)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹鋼的(de)(de)研(yan)(yan)發進(jin)程(cheng)和大規模應(ying)用。因此(ci)，急(ji)需建立模擬(ni)高(gao)(gao)(gao)(gao)氮(dan)不銹鋼在典型服(fu)(fu)役環(huan)境中性能(neng)劣(lie)化(hua)的(de)(de)研(yan)(yan)究方法(fa)，闡明其(qi)失(shi)效機(ji)制；同時，加強(qiang)服(fu)(fu)役性能(neng)數據(ju)積(ji)累，為合金成分的(de)(de)進(jin)一步優化(hua)和應(ying)用領域的(de)(de)拓展提供強(qiang)有(you)力的(de)(de)數據(ju)支撐。
