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火力发电是目前全球主要的电力来源之一，而提高发电效率的关键在于发展更高效的超超临界 (USC) 火电机组。这需要开发能够承受更高温度和压力的新型耐热钢。G115 钢就是这样一种极具潜力的候选材料，但其长期蠕变强度仍需提升。天津大学徐连勇教授团队在Acta Materialia期刊上发表的研究成果，揭示了G115钢在高温蠕变过程中的微观结构演变机制，为提升其长期蠕变强度提供了新的思路。研究亮点
铜析出相强化机制：G115钢在蠕变过程中会析出富铜相 (CuRP)，CuRP能够有效阻碍位错运动，从而提高材料的短期蠕变强度。
应力/应变的关键作用： 解释了应力/应变对 CuRP 析出和粗化的影响，以及溶质原子在位错周围的偏析行为，为理解G115钢的蠕变机制提供了关键信息。
CuRP形核机制：揭示了CuRP在G115钢蠕变过程中的独特形核机制，并发现锰元素可以促进CuRP的形核。
- 指导新型耐热钢设计：该研究为开发具有更高长期蠕变强度的新型耐热钢提供了理论指导，助力未来更高效的USC火电机组的研发。
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图1. G115 钢在 650°C 和 140 MPa 下长期蠕变过程中的微观结构演化。(a) 100 小时后；(b) 302 小时后；(c) 1045 小时后；(d) 2000 小时后；(e) 2945 小时后；(f) 4132 小时后（断裂样品）；每张图的左下方都标有一个放大区域，蠕变过程中有四种类型的析出物，包括 CuRP、M23C6、MX 和 Laves 相。
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图2. G115 钢在 650°C 和 140 MPa 下蠕变 2000 小时后的微观结构。(a) 沿 [1-21-3] 晶带轴的 SAED 显示的不规则 Laves 相；(b) 放大的 HAADF STEM 图像，显示沿 [-112] 晶带轴的 SAED 显示的椭圆形CuRP；(c) 选定区域中 Si、Cr、Cu、Fe、Nb 和 W 等合金元素的 EDS X 射线图。
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图3. (a) G115 钢在 650°C 和 140 MPa 下蠕变 2000 小时后，浓度为 0.8 at.% Cu的等浓度面所显示的元素原子图像（黑色箭头指示位错）；(b) 位错附近 Cu、Cr、V、Nb、Mn、B 和 N 的放大原子图。
作者
这项工作的第一作者是来自天津大学的Bo Xiao，天津大学的徐连勇教授是该论文的通讯作者。B. Xiao, L. Xu, C. Cayron, J. Xue, G. Sha, R. Logé, Solute-dislocation interactions and creep-enhanced Cu precipitation in a novel ferritic-martensitic steel, Acta Materialia 195 (2020) 199-208. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.05.054
编译：贺君敬 博士
