相对于目前已工业化的常压／真空冶金工艺流程，加压冶金是制备高性能高氮不锈钢的有效途径，也是强化冶金过程和改善凝固组织的重要手段，必将成为冶金学科新的增长点。氮作为一种廉价、环境友好的合金元素加入不锈钢中，能显著改善其力学和腐蚀等诸多性能。随着加压冶金装备和制备技术的发展及氮作用机制的更深入研究，氮将在不锈钢中得到更广泛的应用，极大地促进高性能高氮不锈钢的研发和应用领域拓展。未来，在不断提升性能的同时，高氮不锈钢的制造成本将会不断降低，从而将进一步扩大高氮不锈钢的应用范围。高氮不锈钢的抗拉强度目前最高已能达到3600MPa,不久的将来可能会超过4000MPa,并且仍保持良好的韧性和高的耐腐蚀性能。因此可以预计，高氮不锈钢将在航空航天、石油、化工、能源、交通运输、海洋工程、建筑和军事等诸多领域得到更广泛的应用。
高氮不锈钢作为材料研发的一个新领域，发展潜力巨大。虽然围绕高氮不锈钢冶金学基础、制备技术、组织和性能、焊接等方面开展了大量研究，但尚有很多急需解决的问题，特别是我国在高氮不锈钢基础研究、工业化的加压冶金关键装备研发、加压冶金制备技术等方面相对薄弱。为了推动高氮不锈钢向高性能、低成本、规模化方向发展，需解决以下关键科学和技术问题。
1. 虽然科研工作者对氮在不锈钢熔体中的溶解行为进行了大量研究，并建立了氮溶解度模型和动力学模型，但大部分氮含量数据是常压下测量的，加压下的数据仍比较匮乏，需进一步完善，且氮溶解动力学的限制性环节尚存在一定争议。研究表明，加压凝固能够强化冷却、细化枝晶组织，抑制疏松缩孔，改善偏析、夹杂物和析出相分布，但凝固压力与偏析度和气孔形成之间的定量关系仍需深入研究。氮含量的精确控制与冶炼过程氮的溶解行为和凝固过程中氮的偏析行为密切相关，但如何精确定量化冶炼和凝固压力，以实现钢中氮含量和氮均匀性的精确控制，仍然是值得重点关注的问题。
2. 高效快速增氮且易于精确控氮、适合于工业化大规模生产、相对低成本的高氮不锈钢制备技术将是未来的发展方向。目前，添加氮化合金的加压电渣重熔是商业化生产高氮不锈钢的有效手段，但存在冶炼过程渣池沸腾、氮分布不均和易增硅等问题，需二次重熔以改善氮元素分布均匀性，成本较高，且为获得较高氮含量，需提高熔炼压力，而这会加速设备损耗。相对于单步法工艺，加压感应／加压钢包＋加压电渣双联工艺将氮合金化任务以及凝固组织调控和纯净度提升任务进行分解，与常规工业化精炼装备联合，对于制备高纯、均质、氮含量精确可控的高品质高氮不锈钢优势显著。但仍面临加压感应／加压钢包大型化过程中的系列设计和制造问题，同时与之配套的工业化制备技术仍需完善。
3. 大量研究表明，氮能够显著改善不锈钢的力学和腐蚀等诸多性能，但相关机制仍存在一些争议。例如：氮促进短程有序的形成缺乏直接的实验证据，是否能促进位错的平面滑移，提高加工硬化能力，进而改善高氮不锈钢的强塑性也存在争议。氮促进NH3/NH的形成可提高局部溶液pH,促进钝化膜中铬和钼富集是氮改善不锈钢点蚀和缝隙腐蚀广为接受的理论，其本质上是氮的溶解影响了其他元素的溶解和沉积过程，但局部溶液pH的改善如何影响其他元素的溶解和沉积过程及其影响程度缺乏相关的理论计算。此外，从原子尺度揭示氮对位错、层错和孪晶等晶格缺陷的影响规律仍需深入研究。基于以氮代碳的合金设计理念，开发了系列高氮工模具钢和轴承钢，其核心是细小弥散氮化物的析出影响了粗大碳化物的析出过程，氮的固溶强化和析出强化改善了材料的强韧性。然而，氮与钒协同如何影响高氮工模具钢和轴承钢中析出相的形成过程，进而影响其性能的研究尚需深入。
4. 作为正在繁荣发展的高氮马氏体不锈钢（如工模具钢、轴承钢等），与之配套的热处理工艺是调控其析出相（碳化物、氮化物等）及马氏体和残余奥氏体含量、形态、尺寸和分布等组织，决定产品最终性能、服役寿命和可靠性的关键环节。发展新型的热处理工艺［如淬火－深冷－配分－回火（Q-C-P-T)],明晰高氮马氏体不锈钢在热处理过程中的组织演变规律，阐明氮元素的扩散行为及其对组织和性能的影响机理，以实现组织和性能的精确调控将是热处理工艺的研究热点。
5. 高氮不锈钢焊接技术仍是制约高氮不锈钢品种开发和工程化广泛应用的瓶颈之一。针对高氮不锈钢传统熔焊中仍存在氮气逸出导致氮损失、氮化物大量析出等难题，固相连接的搅拌摩擦焊技术为高氮不锈钢的高质量焊接提供一条新思路和新途径。由于高氮不锈钢高的熔点、硬度、加工硬化能力，该技术仍存在搅拌针磨损问题比较严重，且无法高质量焊接很厚的焊件等问题。激光辅助加热的搅拌摩擦焊接将是高氮不锈钢焊接技术未来的发展方向，通过精确控制激光能量输入和预热区域对焊件预热，降低焊接需要的摩擦热和焊接头在敏化温度停留时间，从而一定程度上减轻搅拌针的磨损和减小焊接热影响区的氮化物等二次相析出倾向，提高焊接速度和焊接质量。因此，急需对激光辅助加热的搅拌摩擦焊接工艺理论、模拟、性能及相关机理方面开展深入研究。此外，发展加压熔焊装备、工艺并开展相关基础研究，也是解决常压下高氮不锈钢熔焊难题的有效途径。
6. 我国高氮不锈钢的研发尚处于起步阶段，尤其是此类材料在典型服役环境中性能劣化的行为、失效机理等方面的研究薄弱，实际服役环境下的相关数据积累更为缺乏，例如：舰载机用航空高氮不锈轴承钢在高温、高速、重载条件下的腐蚀疲劳失效机制，海洋工程装备用高氮不锈钢在高氯离子浓度、高温、高湿、浪涌、飞溅、海洋生物多等复杂海洋环境中腐蚀行为及失效机理，相关基础数据的缺失严重制约了高氮不锈钢的研发进程和大规模应用。因此，急需建立模拟高氮不锈钢在典型服役环境中性能劣化的研究方法，阐明其失效机制；同时，加强服役性能数据积累，为合金成分的进一步优化和应用领域的拓展提供强有力的数据支撑。
