Cu、Nb對Sanicro 25鋼結構穩定性及力學性能影響的第一性原理研究

賈瑞瑞，董 楠，王 劍，王 蘭，劉 思，賈 偉，韓培德

(1.太原理工大學材料科學與工程學院，太原 030024；2.太原理工大學新材料界面科學與工程教育部重點實驗室，太原 030024)

1 引 言

高效清潔的超超臨界發電技術是燃煤火力電站的重點發展方向.為了進一步提高熱效率，降低煤耗，630-650℃等級超超臨界機組是火電建設的下一個重要目標[1].然而蒸汽參數的提高會加快機組中過熱器和再熱器等核心部件老化的速率，縮短其使用壽命.因此發展超超臨界機組，保證其持續、穩定、安全運行的關鍵是研發成本合理、結構穩定性良好、高溫力學性能優異的結構材料[2].Sanicro 25鋼具有良好的抗氧化性能、抗蠕變性能、抗蒸汽腐蝕性能和組織穩定性，是更高參數下電站鍋爐中制造過熱器和再熱器的理想材料，有望用于630-650℃等級超超臨界火電機組中[3].

對比HR3C和Sanicro 25鋼的化學成分可以發現合金化元素Cu、Nb等在結構穩定性和力學性能方面起到重要作用.趙博等人[4]研究表明提高Sanicro 25鋼中的Nb含量會促進Z相和MX相的析出，有利于提高Sanicro 25鋼的蠕變強度.Zhou等人[5]的研究結果表明次生NbCrN，富Cu相，M23C6和MX的沉淀強化極大地提高了Sanicro 25鋼的蠕變斷裂強度.這些實驗研究均表明Cu、Nb可以提高Sanicro 25鋼的力學性能.

目前主要通過實驗方法從析出相角度研究Cu、Nb對Sanicro 25鋼高溫力學性能的影響，然而僅通過實驗方法研究其強化機理是非常有限的，仍需要從原子尺度進行更詳細的分析.本文利用第一性原理從原子層次上研究了Cu、Nb對Sanicro 25鋼結構穩定性和……