一、凝固收缩
凝固过程中，液相向固相转变发生的体收缩，加大了氮气孔形成的敏感性，这主要是因为凝固收缩促进了液相穿过枝晶网状结构或其他补缩通道向疏松流动的补缩行为，导致了疏松与其附近区域之间产生了新的压力梯度，梯度方向为补缩流动的反方向，即VP。根据质量守恒和达西定律可知：
以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮双相钢D1铸锭为例，心部处疏松和气孔共存的形貌如图2-63所示。由疏松导致的不规则气孔与规则气孔之间最大的区别在于，不规则气孔内壁凹凸不平，而规则气孔内壁光滑。规则气孔、不规则气孔以及疏松缩孔依次沿凝固方向分布，规则气泡初始形成位置为单一奥氏体相。随着凝固的进行，在规则气孔完全闭合之前，由于疏松引起的钢液静压力Pm降低，促进了气孔的进一步生长，不规则气孔开始形成和长大。众所周知，疏松是凝固体积缩无法得到枝晶间液体补缩所导致的，那么不规则气孔周围的相分布和基体完全相同，即奥氏体相和铁素体相交替分布，与规则气孔周围相分布存在差异。
此外，对柱状铸锭而言，凝固末期由于发达枝晶网状结构的形成，凝固收缩得不到液相补充的位置往往处于中心轴线位置附近，那么D1~D4铸锭中不规则气孔大多数分布在铸锭中心轴线位置处，如图2-50所示。不受疏松影响的规则气孔形状近似椭圆形，且多数分布在靠近铸锭边部的位置。此外，钢液静压力Pm随着铸锭高度的增加而减小，因此气孔的数量和尺寸均随铸锭高度增加而大体呈现出增加的趋势（图2-50)。
二、主要合金元素和凝固压力
1. 氮
在铸锭凝固过程中，随着初始氮质量分数的增加，氮在枝晶间残余液相中的富集程度更加严重，［％N]1iq值更大。以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮双相钢为例，结合式（2-123)可得，Pg,max也随之增加。当初始氮质量分数从0.25%(D2)增加至0.29%(D4)时，对平衡凝固和Scheil凝固而言，［％N]ig的最大值分别为1.03%和1.51%(图2-51),Pg,max的增量分别为0.07MPa和0.18MPa(如图2-64所示）。由气泡形成时的压力关系可知，P.,max的增加意味着液相中氮气泡形成的概率增大，表明增加初始氮质量分数大幅度提高了铸锭内出现氮气孔缺陷的可能性。
为了验证理论计算结果，对D2、D3和D4铸锭内氮气孔的分布状态进行实验分析，D2、D3和D4凝固压力均为0.1MPa,其氮质量分数分别为0.25%、0.26%和0.29%,气孔形成高度从150mm降至40mm,如图2-64所示。因此，Pg,max随着初始氮质量分数的增加而增大，液相中氮气泡形成难度减小，氮气孔易于在铸锭内形成。
2. 锰
研究发现［19,25,95],部分合金元素（如锰和铬）能够提高液相中氮的溶解度，减小Aso值；其中锰等合金元素在凝固过程中还能促进富氮相的形成，减小枝晶间液相中氮的富集，缓解氮偏析，降低Ase值。如果合金元素能够减小Aso与Ase的总和，那么提高钢中该合金元素的质量分数有助于抑制氮气泡在残余液相中形成。合金元素锰提高液相中氮质量分数的同时，还有助于富氮相（如奥氏体相γ和hcp相）在凝固过程中的形成。以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮双相钢D1铸锭为例，在平衡凝固和Scheil凝固中，增加合金元素锰均能同时降低Aso和Ase的值，如图2-65所示。与此同时，结合式（2-123),随着合金元素锰质量分数增加而大幅度减小，如图2-66所示。因此增加铸锭中合金元素锰的质量分数有助于抑制液相中氮气泡的形成，减少或消除21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N 含氮双相钢中氮气孔缺陷，该结论与Young等报道的一致。
3. 铬
与合金元素锰相比，合金元素铬对氮气孔形成的影响相对复杂。一方面，增加合金元素铬的质量分数能提高液相中氮的溶解度和促进富氮相（hcp 相）在凝固过程中的形成（图2-67),减小Aso的值，有助于抑制液相中氮气泡的形成。以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N 含氮双相钢D1铸锭为例，Aso随铬质量分数的变化规律，如图2-68所示。另一方面，铬作为铁素体相8形成元素，提高合金元素铬的质量分数有利于贫氮铁素体相8的形成（图2-67),从而加剧液相中氮的富集，增大氮的偏析，增加Ase(如图2-68所示），对液相中氮气泡的形成具有促进作用。这种矛盾在平衡凝固过程中较为突出，当合金元素铬的质量分数从15%增至21.5%时，由于Ase的增量大于Aso的减小量，Pg,max呈现增大的趋势，如图2-69所示；当合金元素铬的质量分数进一步增加至25%时，Ase和Aso分别增大和减小，但与Ase相比Aso的变化量十分明显，进而导致Pg出现减小的趋势。然而，在Scheil凝固中，随着合金元素铬质量分数的提高，有助于Aso大幅度降低，Pg,max始终保持单调递减的趋势，如图2-69所示。总之，随着合金元素铬质量分数的增加，Aso与Ase之和的变化非单调，合金元素铬对液相中氮气泡形成的影响呈现出双面性，同样对铸锭内气孔的形成也具有双面性。
4. 凝固压力
以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N 含氮双相钢D1铸锭为例，D1、D3和D5铸锭的凝固压力分别为0.04MPa、0.10MPa和0.13MPa,氮的质量分数分别为0.23%、0.26%和0.28%.随着氮质量分数从0.23%(D1)增加至0.28%(D5)时，P.g,max在平衡凝固中从0.634MPa 增加至0.753MPa,在Scheil凝固中从0.618MPa增至0.707MPa,如图2-70(a)所示。在不考虑凝固压力对氮气孔形成的影响时，基于初始氮质量分数对氮气孔形成的影响规律，与D1和D3相比，D5铸锭内氮气孔缺陷最为严重。然而，当凝固压力从0.04MPa(D1)增加至0.13MPa(D5)时，氮气孔形成高度从0mm增加至260mm[图2-70(b)],同时氮气孔数量也明显减少甚至消失。因此，增加凝固压力是抑制和消除铸锭中氮气孔缺陷十分有效的手段之一。
然而，压力过高将会加速设备损耗，提高生产成本且易引发生产事故，影响生产的安全和顺利运行。因此，利用加压冶金技术制备高氮奥氏体不锈钢过程中，需要合理地控制压力。利用加压感应炉制备高氮奥氏体不锈钢时，压力P6可用以下公式确定：
