加压技术在有色冶金反应和凝固方面的研究和应用取得了长足发展,部分加压技术的工业化已经处于成熟阶段。然而,由于钢铁材料冶炼温度较高,加压难度大,加压技术在钢铁冶金领域的研究与应用较少。在钢铁冶金领域,加压最典型的应用是提高钢液中气体元素氮的溶解度,强化其合金化效果,从而进一步提升钢铁材料的性能。近年来,加压技术在钢铁方面的研究主要集中在含氮钢,尤其是高氮钢的制备技术,但加压技术在含氮钢凝固组织演变和相变等方面的相关研究鲜有报道。本文针对凝固过程中加压的作用机理,以Fe-Cr-Mn-Mo-N系含氮钢铸锭为研究对象,开展相图、凝固热力学和动力学参数随压力的变化规律、压力强化冷却机理、加压对凝固缺陷（疏松缩孔、气孔和偏析）的作用机理、枝晶生长及柱状晶向等轴晶转变（CET）随压力的变化机制等研究。利用Thermo-Calc热力学和DICTRA动力学软件探讨了压力对19Cr 14Mn0.9N含氮钢相图、凝固热力学和动力学参数的影响。研究表明,加压能够阻碍铁素体相和抑制铁素体阱的形成,扩大奥氏体单相区,提高固/液相线温度和氮溶解度,促使含氮钢的凝固模式逐渐由FA型向A型转变;随着压力的增加,Mn和Mo的分配系数减小,微观偏析加重,C、N和Cr的分配系数随着压力增加而增大,微观偏析减小;随着压力的增加,Si的分配系数由小于1向大于1过渡,微观偏析增大;加压减小了铁素体相中C和N以及奥氏体相中N的扩散系数,增大了奥氏体相中C的扩散系数;此外,加压能够促进凝固时的相转变和减小晶粒的临界形核半径,使形核率呈指数增长,从而细化含氮钢晶粒。构建了加压下含氮钢模铸过程中铸锭和铸型温度变化的测量方法。基于建立的界面换热反算模型,结合埋设热电偶实验和经验公式,量化了不同凝固压力下的铸锭和铸型间界面换热系数,阐明了压力强化冷却的机理。加压减小了铸锭和铸型间气隙间距,改善了其接触条件;随着凝固压力的增加,界面换热系数和铸锭冷却速率增大,加压强化冷却效果明显。利用与压力相关的疏松判据,阐明了凝固压力对19Cr14Mn0.9N含氮钢疏松缩孔的影响规律。研究表明:加压促进了含氮钢的凝固方式由体积凝固向逐层凝固转变,提高了枝晶间液相的压力梯度,强化了枝晶间液相的补缩能力,降低和缩短了枝晶间补缩时液相流动的阻力和距离,有助于抑制和消除铸锭内疏松的形成。实验测量了柱状晶向等轴晶转变位置（CET）和枝晶间距随压力的变化规律,并结合ProCast软件的组织模拟结果,揭示了 CET、枝晶间距和晶粒数随压力的变化机制。加压强化冷却,增大了铸锭的温度梯度,恶化了柱状晶枝晶尖端处等轴晶形核和长大的环境,延迟了柱状晶向等轴晶转变（CET）,使CET位置逐步向铸锭心部移动;随着凝固压力的增加,一次和二次枝晶间距减小,铸锭内的晶粒数增大,显著改善并细化了凝固组织。基于理论和实验研究,建立了含氮双相钢（21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N）凝固过程中氮气泡内压力的计算模型,结合凝固过程中的相变顺序,揭示了氮的偏析行为,明确了氮气孔形成机理,并阐明了疏松缩孔、合金元素（N、Mn和Cr）和凝固压力对铸锭氮气孔形成的影响规律。贫氮相（铁素体相）的形成加重了枝晶间残余液相中氮的富集程度,加重了氮的偏析,而富氮相（奥氏体相、AlN和HCP相）的形成有助于缓解氮偏析和增大氮溶解度,减小氮气泡内压力,进而抑制钢液中氮气泡的形成。此外,疏松的形成减小了液体静压力,促进了氮气孔的形成;增加合金元素Mn的质量分数有助于抑制氮气孔的形成,而合金元素Cr对铸锭内氮气孔形成的影响呈现出双面性;初始氮质量分数的增加,加重了铸锭内氮气孔缺陷;加压则明显减少了铸锭内氮气孔数量和提高了其形成高度,是抑制和消除铸锭中氮气孔缺陷十分有效的手段之一。氮气孔的宏观形貌近似椭圆形,其初始生长位置边缘由奥氏体相构成。基于等轴晶形核、质量传输方程和动量传输方程等,建立了用于预测压力对铸锭组织和宏观偏析影响的二维加压凝固模型,与文献报道对比验证,本模型具有良好的准确性和可信度。利用本模型探讨了加压对氮宏观偏析的影响规律。结果表明:加压通过增加等轴晶最大形核密度和强化冷却对氮宏观偏析产生了截然相反的影响,两者对宏观偏析的综合影响还需要进一步研究。在增加等轴晶最大形核密度方面,加压能够扩大等轴晶区域,从而增大负偏析范围,提升氮最大偏析位置的高度,以及加重氮的宏观偏析;从强化冷却的角度而言,加压有助于抑制柱状晶向等轴晶转变（CET）,减小等轴晶区,缓解氮的宏观偏析。此外,鉴于加压还能对其他凝固相关参数（如平衡分配系数和扩散速率等）产生重要的影响;因此,加压对宏观偏析的影响规律还需要进行更加深入的研究和探讨。