相對(duì)于目前已工業(yè)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(qiáng)化冶金過(guò)程和改善凝固組織的重要手段，必將成為冶金學(xué)科新的增長(zhǎng)點(diǎn)。氮作為一種廉價(jià)、環(huán)境友好的合金元素加入不銹鋼中，能顯著改善其力學(xué)和腐蝕等諸多性能。隨著加壓冶金裝備和制備技術(shù)的發(fā)展及氮作用機(jī)制的更深入研究，氮將在不銹鋼中得到更廣泛的應(yīng)用，極大地促進(jìn)高性能高氮不銹鋼的研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域拓展。未來(lái)，在不斷提升性能的同時(shí)，高氮不銹鋼的制造成本將會(huì)不斷降低，從而將進(jìn)一步擴(kuò)大高氮不銹鋼的應(yīng)用范圍。高氮不銹鋼的抗拉強(qiáng)度目前最高已能達(dá)到3600MPa,不久的將來(lái)可能會(huì)超過(guò)4000MPa,并且仍保持良好的韌性和高的耐腐蝕性能。因此可以預(yù)計(jì)，高氮不銹鋼將在航空航天、石油、化工、能源、交通運(yùn)輸、海洋工程、建筑和軍事等諸多領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

  高氮不銹鋼作為材料研發(fā)的一個(gè)新領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮?。雖然圍繞高氮不銹鋼冶金學(xué)基礎(chǔ)、制備技術(shù)、組織和性能、焊接等方面開(kāi)展了大量研究，但尚有很多急需解決的問(wèn)題，特別是我國(guó)在高氮不銹鋼基礎(chǔ)研究、工業(yè)化的加壓冶金關(guān)鍵裝備研發(fā)、加壓冶金制備技術(shù)等方面相對(duì)薄弱。為了推動(dòng)高氮不銹鋼向高性能、低成本、規(guī)模化方向發(fā)展，需解決以下關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。

   1. 雖然科研工作者對(duì)氮在不銹鋼熔體中的溶解行為進(jìn)行了大量研究，并建立了氮溶解度模型和動(dòng)力學(xué)模型，但大部分氮含量數(shù)據(jù)是常壓下測(cè)量的，加壓下的數(shù)據(jù)仍比較匱乏，需進(jìn)一步完善，且氮溶解動(dòng)力學(xué)的限制性環(huán)節(jié)尚存在一定爭(zhēng)議。研究表明，加壓凝固能夠強(qiáng)化冷卻、細(xì)化枝晶組織，抑制疏松縮孔，改善偏析、夾雜物和析出相分布，但凝固壓力與偏析度和氣孔形成之間的定量關(guān)系仍需深入研究。氮含量的精確控制與冶煉過(guò)程氮的溶解行為和凝固過(guò)程中氮的偏析行為密切相關(guān)，但如何精確定量化冶煉和凝固壓力，以實(shí)現(xiàn)鋼中氮含量和氮均勻性的精確控制，仍然是值得重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

   2. 高效快速增氮且易于精確控氮、適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)、相對(duì)低成本的高氮不銹鋼制備技術(shù)將是未來(lái)的發(fā)展方向。目前，添加氮化合金的加壓電渣重熔是商業(yè)化生產(chǎn)高氮不銹鋼的有效手段，但存在冶煉過(guò)程渣池沸騰、氮分布不均和易增硅等問(wèn)題，需二次重熔以改善氮元素分布均勻性，成本較高，且為獲得較高氮含量，需提高熔煉壓力，而這會(huì)加速設(shè)備損耗。相對(duì)于單步法工藝，加壓感應(yīng)／加壓鋼包＋加壓電渣雙聯(lián)工藝將氮合金化任務(wù)以及凝固組織調(diào)控和純凈度提升任務(wù)進(jìn)行分解，與常規(guī)工業(yè)化精煉裝備聯(lián)合，對(duì)于制備高純、均質(zhì)、氮含量精確可控的高品質(zhì)高氮不銹鋼優(yōu)勢(shì)顯著。但仍面臨加壓感應(yīng)／加壓鋼包大型化過(guò)程中的系列設(shè)計(jì)和制造問(wèn)題，同時(shí)與之配套的工業(yè)化制備技術(shù)仍需完善。

   3. 大量研究表明，氮能夠顯著改善不銹鋼的力學(xué)和腐蝕等諸多性能，但相關(guān)機(jī)制仍存在一些爭(zhēng)議。例如：氮促進(jìn)短程有序的形成缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，是否能促進(jìn)位錯(cuò)的平面滑移，提高加工硬化能力，進(jìn)而改善高氮不銹鋼的強(qiáng)塑性也存在爭(zhēng)議。氮促進(jìn)NH3/NH的形成可提高局部溶液pH,促進(jìn)鈍化膜中鉻和鉬富集是氮改善不銹鋼點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕廣為接受的理論，其本質(zhì)上是氮的溶解影響了其他元素的溶解和沉積過(guò)程，但局部溶液pH的改善如何影響其他元素的溶解和沉積過(guò)程及其影響程度缺乏相關(guān)的理論計(jì)算。此外，從原子尺度揭示氮對(duì)位錯(cuò)、層錯(cuò)和孿晶等晶格缺陷的影響規(guī)律仍需深入研究。基于以氮代碳的合金設(shè)計(jì)理念，開(kāi)發(fā)了系列高氮工模具鋼和軸承鋼，其核心是細(xì)小彌散氮化物的析出影響了粗大碳化物的析出過(guò)程，氮的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化改善了材料的強(qiáng)韌性。然而，氮與釩協(xié)同如何影響高氮工模具鋼和軸承鋼中析出相的形成過(guò)程，進(jìn)而影響其性能的研究尚需深入。

   4. 作為正在繁榮發(fā)展的高氮馬氏體不銹鋼（如工模具鋼、軸承鋼等），與之配套的熱處理工藝是調(diào)控其析出相（碳化物、氮化物等）及馬氏體和殘余奧氏體含量、形態(tài)、尺寸和分布等組織，決定產(chǎn)品最終性能、服役壽命和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。發(fā)展新型的熱處理工藝［如淬火－深冷－配分－回火（Q-C-P-T)],明晰高氮馬氏體不銹鋼在熱處理過(guò)程中的組織演變規(guī)律，闡明氮元素的擴(kuò)散行為及其對(duì)組織和性能的影響機(jī)理，以實(shí)現(xiàn)組織和性能的精確調(diào)控將是熱處理工藝的研究熱點(diǎn)。

   5. 高氮不銹鋼焊接技術(shù)仍是制約高氮不銹鋼品種開(kāi)發(fā)和工程化廣泛應(yīng)用的瓶頸之一。針對(duì)高氮不銹鋼傳統(tǒng)熔焊中仍存在氮?dú)庖莩鰧?dǎo)致氮損失、氮化物大量析出等難題，固相連接的攪拌摩擦焊技術(shù)為高氮不銹鋼的高質(zhì)量焊接提供一條新思路和新途徑。由于高氮不銹鋼高的熔點(diǎn)、硬度、加工硬化能力，該技術(shù)仍存在攪拌針磨損問(wèn)題比較嚴(yán)重，且無(wú)法高質(zhì)量焊接很厚的焊件等問(wèn)題。激光輔助加熱的攪拌摩擦焊接將是高氮不銹鋼焊接技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向，通過(guò)精確控制激光能量輸入和預(yù)熱區(qū)域?qū)讣A(yù)熱，降低焊接需要的摩擦熱和焊接頭在敏化溫度停留時(shí)間，從而一定程度上減輕攪拌針的磨損和減小焊接熱影響區(qū)的氮化物等二次相析出傾向，提高焊接速度和焊接質(zhì)量。因此，急需對(duì)激光輔助加熱的攪拌摩擦焊接工藝?yán)碚?、模擬、性能及相關(guān)機(jī)理方面開(kāi)展深入研究。此外，發(fā)展加壓熔焊裝備、工藝并開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)研究，也是解決常壓下高氮不銹鋼熔焊難題的有效途徑。

   6. 我國(guó)高氮不銹鋼的研發(fā)尚處于起步階段，尤其是此類(lèi)材料在典型服役環(huán)境中性能劣化的行為、失效機(jī)理等方面的研究薄弱，實(shí)際服役環(huán)境下的相關(guān)數(shù)據(jù)積累更為缺乏，例如：艦載機(jī)用航空高氮不銹軸承鋼在高溫、高速、重載條件下的腐蝕疲勞失效機(jī)制，海洋工程裝備用高氮不銹鋼在高氯離子濃度、高溫、高濕、浪涌、飛濺、海洋生物多等復(fù)雜海洋環(huán)境中腐蝕行為及失效機(jī)理，相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺失嚴(yán)重制約了高氮不銹鋼的研發(fā)進(jìn)程和大規(guī)模應(yīng)用。因此，急需建立模擬高氮不銹鋼在典型服役環(huán)境中性能劣化的研究方法，闡明其失效機(jī)制；同時(shí)，加強(qiáng)服役性能數(shù)據(jù)積累，為合金成分的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。