一、凝固收縮
凝固過程中，液相向固相轉變發生的體收縮，加大了氮氣孔形成的敏感性，這主要是因為凝固收縮促進了液相穿過枝晶網狀結構或其他補縮通道向疏松流動的補縮行為，導致了疏松與其附近區域之間產生了新的壓力梯度，梯度方向為補縮流動的反方向，即VP。根據質量守恒和達西定律可知：
以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮雙相鋼D1鑄錠為例，心部處疏松和氣孔共存的形貌如圖2-63所示。由疏松導致的不規則氣孔與規則氣孔之間最大的區別在于，不規則氣孔內壁凹凸不平，而規則氣孔內壁光滑。規則氣孔、不規則氣孔以及疏松縮孔依次沿凝固方向分布，規則氣泡初始形成位置為單一奧氏體相。隨著凝固的進行，在規則氣孔完全閉合之前，由于疏松引起的鋼液靜壓力Pm降低，促進了氣孔的進一步生長，不規則氣孔開始形成和長大。眾所周知，疏松是凝固體積縮無法得到枝晶間液體補縮所導致的，那么不規則氣孔周圍的相分布和基體完全相同，即奧氏體相和鐵素體相交替分布，與規則氣孔周圍相分布存在差異。
此外，對柱狀鑄錠而言，凝固末期由于發達枝晶網狀結構的形成，凝固收縮得不到液相補充的位置往往處于中心軸線位置附近，那么D1~D4鑄錠中不規則氣孔大多數分布在鑄錠中心軸線位置處，如圖2-50所示。不受疏松影響的規則氣孔形狀近似橢圓形，且多數分布在靠近鑄錠邊部的位置。此外，鋼液靜壓力Pm隨著鑄錠高度的增加而減小，因此氣孔的數量和尺寸均隨鑄錠高度增加而大體呈現出增加的趨勢（圖2-50)。
二、主要合金元素和凝固壓力
1. 氮
在鑄錠凝固過程中，隨著初始氮質量分數的增加，氮在枝晶間殘余液相中的富集程度更加嚴重，［％N]1iq值更大。以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮雙相鋼為例，結合式（2-123)可得，Pg,max也隨之增加。當初始氮質量分數從0.25%(D2)增加至0.29%(D4)時，對平衡凝固和Scheil凝固而言，［％N]ig的最大值分別為1.03%和1.51%(圖2-51),Pg,max的增量分別為0.07MPa和0.18MPa(如圖2-64所示）。由氣泡形成時的壓力關系可知，P.,max的增加意味著液相中氮氣泡形成的概率增大，表明增加初始氮質量分數大幅度提高了鑄錠內出現氮氣孔缺陷的可能性。
為了驗證理論計算結果，對D2、D3和D4鑄錠內氮氣孔的分布狀態進行實驗分析，D2、D3和D4凝固壓力均為0.1MPa,其氮質量分數分別為0.25%、0.26%和0.29%,氣孔形成高度從150mm降至40mm,如圖2-64所示。因此，Pg,max隨著初始氮質量分數的增加而增大，液相中氮氣泡形成難度減小，氮氣孔易于在鑄錠內形成。
2. 錳
研究發現［19,25,95],部分合金元素（如錳和鉻）能夠提高液相中氮的溶解度，減小Aso值；其中錳等合金元素在凝固過程中還能促進富氮相的形成，減小枝晶間液相中氮的富集，緩解氮偏析，降低Ase值。如果合金元素能夠減小Aso與Ase的總和，那么提高鋼中該合金元素的質量分數有助于抑制氮氣泡在殘余液相中形成。合金元素錳提高液相中氮質量分數的同時，還有助于富氮相（如奧氏體相γ和hcp相）在凝固過程中的形成。以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮雙相鋼D1鑄錠為例，在平衡凝固和Scheil凝固中，增加合金元素錳均能同時降低Aso和Ase的值，如圖2-65所示。與此同時，結合式（2-123),隨著合金元素錳質量分數增加而大幅度減小，如圖2-66所示。因此增加鑄錠中合金元素錳的質量分數有助于抑制液相中氮氣泡的形成，減少或消除21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N 含氮雙相鋼中氮氣孔缺陷，該結論與Young等報道的一致。
3. 鉻
與合金元素錳相比，合金元素鉻對氮氣孔形成的影響相對復雜。一方面，增加合金元素鉻的質量分數能提高液相中氮的溶解度和促進富氮相（hcp 相）在凝固過程中的形成（圖2-67),減小Aso的值，有助于抑制液相中氮氣泡的形成。以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N 含氮雙相鋼D1鑄錠為例，Aso隨鉻質量分數的變化規律，如圖2-68所示。另一方面，鉻作為鐵素體相8形成元素，提高合金元素鉻的質量分數有利于貧氮鐵素體相8的形成（圖2-67),從而加劇液相中氮的富集，增大氮的偏析，增加Ase(如圖2-68所示），對液相中氮氣泡的形成具有促進作用。這種矛盾在平衡凝固過程中較為突出，當合金元素鉻的質量分數從15%增至21.5%時，由于Ase的增量大于Aso的減小量，Pg,max呈現增大的趨勢，如圖2-69所示；當合金元素鉻的質量分數進一步增加至25%時，Ase和Aso分別增大和減小，但與Ase相比Aso的變化量十分明顯，進而導致Pg出現減小的趨勢。然而，在Scheil凝固中，隨著合金元素鉻質量分數的提高，有助于Aso大幅度降低，Pg,max始終保持單調遞減的趨勢，如圖2-69所示。總之，隨著合金元素鉻質量分數的增加，Aso與Ase之和的變化非單調，合金元素鉻對液相中氮氣泡形成的影響呈現出雙面性，同樣對鑄錠內氣孔的形成也具有雙面性。
4. 凝固壓力
以21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N 含氮雙相鋼D1鑄錠為例，D1、D3和D5鑄錠的凝固壓力分別為0.04MPa、0.10MPa和0.13MPa,氮的質量分數分別為0.23%、0.26%和0.28%.隨著氮質量分數從0.23%(D1)增加至0.28%(D5)時，P.g,max在平衡凝固中從0.634MPa 增加至0.753MPa,在Scheil凝固中從0.618MPa增至0.707MPa,如圖2-70(a)所示。在不考慮凝固壓力對氮氣孔形成的影響時，基于初始氮質量分數對氮氣孔形成的影響規律，與D1和D3相比，D5鑄錠內氮氣孔缺陷最為嚴重。然而，當凝固壓力從0.04MPa(D1)增加至0.13MPa(D5)時，氮氣孔形成高度從0mm增加至260mm[圖2-70(b)],同時氮氣孔數量也明顯減少甚至消失。因此，增加凝固壓力是抑制和消除鑄錠中氮氣孔缺陷十分有效的手段之一。
然而，壓力過高將會加速設備損耗，提高生產成本且易引發生產事故，影響生產的安全和順利運行。因此，利用加壓冶金技術制備高氮奧氏體不銹鋼過程中，需要合理地控制壓力。利用加壓感應爐制備高氮奧氏體不銹鋼時，壓力P6可用以下公式確定：
