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，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,不久的將來可能會(huì)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(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薮蟆ｋm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、焊接等方面開展了大量研究，但尚有很多急需解決的問題，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)?；较虬l(fā)展，需解決以下關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題。

   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程氮的溶解行為和凝固過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，但存在冶煉過程渣池沸騰、氮分布不均和易增硅等問題，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)／加壓鋼包大型化過程中的系列設(shè)計(jì)和制造問題，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?；谝缘嫉暮辖鹪O(shè)計(jì)理念，開發(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題比較嚴(yán)重，且無法高質(zhì)量焊接很厚的焊件等問題。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)未來的發(fā)展方向，通過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)碚摗⒛M、性能及相關(guān)機(jī)理方面開展深入研究。此外，發(fā)展加壓熔焊裝備、工藝并開展相關(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。