Cu、Nb对Sanicro 25钢结构稳定性及力学性能影响的第一性原理研究

贾瑞瑞，董 楠，王 剑，王 兰，刘 思，贾 伟，韩培德

(1.太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024；2.太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，太原 030024)

1 引 言

高效清洁的超超临界发电技术是燃煤火力电站的重点发展方向.为了进一步提高热效率，降低煤耗，630-650℃等级超超临界机组是火电建设的下一个重要目标[1].然而蒸汽参数的提高会加快机组中过热器和再热器等核心部件老化的速率，缩短其使用寿命.因此发展超超临界机组，保证其持续、稳定、安全运行的关键是研发成本合理、结构稳定性良好、高温力学性能优异的结构材料[2].Sanicro 25钢具有良好的抗氧化性能、抗蠕变性能、抗蒸汽腐蚀性能和组织稳定性，是更高参数下电站锅炉中制造过热器和再热器的理想材料，有望用于630-650℃等级超超临界火电机组中[3].

对比HR3C和Sanicro 25钢的化学成分可以发现合金化元素Cu、Nb等在结构稳定性和力学性能方面起到重要作用.赵博等人[4]研究表明提高Sanicro 25钢中的Nb含量会促进Z相和MX相的析出，有利于提高Sanicro 25钢的蠕变强度.Zhou等人[5]的研究结果表明次生NbCrN，富Cu相，M23C6和MX的沉淀强化极大地提高了Sanicro 25钢的蠕变断裂强度.这些实验研究均表明Cu、Nb可以提高Sanicro 25钢的力学性能.

目前主要通过实验方法从析出相角度研究Cu、Nb对Sanicro 25钢高温力学性能的影响，然而仅通过实验方法研究其强化机理是非常有限的，仍需要从原子尺度进行更详细的分析.本文利用第一性原理从原子层次上研究了Cu、Nb对Sanicro 25钢结构稳定性和……