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。
高氮不銹鋼作為材料研發的一個新領域，發展潛力巨大。雖然圍繞高氮不銹鋼冶金學基礎、制備技術、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，特別是我國在高氮不銹鋼基礎研究、工業化的加壓冶金關鍵裝備研發、加壓冶金制備技術等方面相對薄弱。為了推動高氮不銹鋼向高性能、低成本、規?；较虬l展，需解決以下關鍵科學和技術問題。
1. 雖然科研工作者對氮在不銹鋼熔體中的溶解行為進行了大量研究，并建立了氮溶解度模型和動力學模型，但大部分氮含量數據是常壓下測量的，加壓下的數據仍比較匱乏，需進一步完善，且氮溶解動力學的限制性環節尚存在一定爭議。研究表明，加壓凝固能夠強化冷卻、細化枝晶組織，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，但如何精確定量化冶煉和凝固壓力，以實現鋼中氮含量和氮均勻性的精確控制，仍然是值得重點關注的問題。
2. 高效快速增氮且易于精確控氮、適合于工業化大規模生產、相對低成本的高氮不銹鋼制備技術將是未來的發展方向。目前，添加氮化合金的加壓電渣重熔是商業化生產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，而這會加速設備損耗。相對于單步法工藝，加壓感應／加壓鋼包＋加壓電渣雙聯工藝將氮合金化任務以及凝固組織調控和純凈度提升任務進行分解，與常規工業化精煉裝備聯合，對于制備高純、均質、氮含量精確可控的高品質高氮不銹鋼優勢顯著。但仍面臨加壓感應／加壓鋼包大型化過程中的系列設計和制造問題，同時與之配套的工業化制備技術仍需完善。
3. 大量研究表明，氮能夠顯著改善不銹鋼的力學和腐蝕等諸多性能，但相關機制仍存在一些爭議。例如：氮促進短程有序的形成缺乏直接的實驗證據，是否能促進位錯的平面滑移，提高加工硬化能力，進而改善高氮不銹鋼的強塑性也存在爭議。氮促進NH3/NH的形成可提高局部溶液pH,促進鈍化膜中鉻和鉬富集是氮改善不銹鋼點蝕和縫隙腐蝕廣為接受的理論，其本質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的理論計算。此外，從原子尺度揭示氮對位錯、層錯和孿晶等晶格缺陷的影響規律仍需深入研究?；谝缘嫉暮辖鹪O計理念，開發了系列高氮工模具鋼和軸承鋼，其核心是細小彌散氮化物的析出影響了粗大碳化物的析出過程，氮的固溶強化和析出強化改善了材料的強韌性。然而，氮與釩協同如何影響高氮工模具鋼和軸承鋼中析出相的形成過程，進而影響其性能的研究尚需深入。
4. 作為正在繁榮發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、尺寸和分布等組織，決定產品最終性能、服役壽命和可靠性的關鍵環節。發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律，闡明氮元素的擴散行為及其對組織和性能的影響機理，以實現組織和性能的精確調控將是熱處理工藝的研究熱點。
5. 高氮不銹鋼焊接技術仍是制約高氮不銹鋼品種開發和工程化廣泛應用的瓶頸之一。針對高氮不銹鋼傳統熔焊中仍存在氮氣逸出導致氮損失、氮化物大量析出等難題，固相連接的攪拌摩擦焊技術為高氮不銹鋼的高質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、硬度、加工硬化能力，該技術仍存在攪拌針磨損問題比較嚴重，且無法高質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未來的發展方向，通過精確控制激光能量輸入和預熱區域對焊件預熱，降低焊接需要的摩擦熱和焊接頭在敏化溫度停留時間，從而一定程度上減輕攪拌針的磨損和減小焊接熱影響區的氮化物等二次相析出傾向，提高焊接速度和焊接質量。因此，急需對激光輔助加熱的攪拌摩擦焊接工藝理論、模擬、性能及相關機理方面開展深入研究。此外，發展加壓熔焊裝備、工藝并開展相關基礎研究，也是解決常壓下高氮不銹鋼熔焊難題的有效途徑。
6. 我國高氮不銹鋼的研發尚處于起步階段，尤其是此類材料在典型服役環境中性能劣化的行為、失效機理等方面的研究薄弱，實際服役環境下的相關數據積累更為缺乏，例如：艦載機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、海洋生物多等復雜海洋環境中腐蝕行為及失效機理，相關基礎數據的缺失嚴重制約了高氮不銹鋼的研發進程和大規模應用。因此，急需建立模擬高氮不銹鋼在典型服役環境中性能劣化的研究方法，闡明其失效機制；同時，加強服役性能數據積累，為合金成分的進一步優化和應用領域的拓展提供強有力的數據支撐。
