Cu、Nb對(duì)Sanicro 25鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及力學(xué)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2.太原理工大學(xué)新材料界面科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030024)

1 引 言

高效清潔的超超臨界發(fā)電技術(shù)是燃煤火力電站的重點(diǎn)發(fā)展方向.為了進(jìn)一步提高熱效率，降低煤耗，630-650℃等級(jí)超超臨界機(jī)組是火電建設(shè)的下一個(gè)重要目標(biāo)[1].然而蒸汽參數(shù)的提高會(huì)加快機(jī)組中過(guò)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(fā)展超超臨界機(jī)組，保證其持續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行的關(guān)鍵是研發(fā)成本合理、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好、高溫力學(xué)性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)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(wěn)定性，是更高參數(shù)下電站鍋爐中制造過(guò)熱器和再熱器的理想材料，有望用于630-650℃等級(jí)超超臨界火電機(jī)組中[3].

對(duì)比HR3C和Sanicro 25鋼的化學(xué)成分可以發(fā)現(xiàn)合金化元素Cu、Nb等在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)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(huì)促進(jìn)Z相和MX相的析出，有利于提高Sanicro 25鋼的蠕變強(qiáng)度.Zhou等人[5]的研究結(jié)果表明次生NbCrN，富Cu相，M23C6和MX的沉淀強(qiáng)化極大地提高了Sanicro 25鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度.這些實(shí)驗(yàn)研究均表明Cu、Nb可以提高Sanicro 25鋼的力學(xué)性能.

目前主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法從析出相角度研究Cu、Nb對(duì)Sanicro 25鋼高溫力學(xué)性能的影響，然而僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究其強(qiáng)化機(jī)理是非常有限的，仍需要從原子尺度進(jìn)行更詳細(xì)的分析.本文利用第一性原理從原子層次上研究了Cu、Nb對(duì)Sanicro 25鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和……