Page 61 - 国外钢铁技术信息内参（2024年9月）
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计算模型，则需要使用大型计算机集群和超级计算机。 ᇏݓࣁඋ࿐߶
相的热力学稳定性、晶格常数等方面的研究。如果想要构建周期性受损缺陷的 ᇏݓࣁඋ࿐߶
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图 14 第一性原理计算所得碳化物生成焓 ᇏݓࣁඋ࿐߶
下文将以近年来第一性原理计算方面所取得的进展为基础，对原子固溶位
点和钢铁材料元素间及元素缺陷间的相互作用予以总结。
4.1 轻元素的固溶位点
众所周知，α-Fe 中 C、N 和 O 属于间隙元素，但对于即使微量添加也会对
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淬透性、韧性和蠕变性能产生较大影响的 B 元素而言，由于其半径大于 C、N
和 O 元素，而且固溶量极少，因此关于其究竟属于取代元素还是间隙元素仍有
争议。根据第一性原理计算所得上述元素在α-Fe 中的取代位点、4 面体位点和 8
面体位点上的能量变化结果（如图 15 所示），可以确定 C、N 和 O 元素处于 8
面体位点处时比其在取代位点和 4 面体位点处时更为稳定，从而证明其属于间
隙元素。另外，B 元素在取代位点上时的稳定性略高于 8 面体位点，证明至少
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在 0K 时该元素属于取代元素。不同元素之间的区别在于，原子尺寸较小的 C、
N 和 O 元素可在 8 面体位点处形成固溶体，而原子尺寸较大的 B 元素则无法在
8 面体位点处形成固溶体，不过其在取代位点处更为稳定。此外，γ-Fe 的该项
计算结果中 B 元素和 C、N 和 O 元素一样，在 8 面体位点上处于稳定状态，被
确定为间隙元素，这是因为γ-Fe 中 8 面体位点的大小大于α-Fe。实际上，第一
性原理计算结果与实验结果一致表明，相较于取代元素，γ-Fe 中 B 元素的扩散
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CSM 中国金属学会 CMISI 冶金工业信息标准研究院
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