【摘 要】
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高压气态储氢是当前氢能储运的重要方式，而高强钢材料则是储氢容器主要采用的材料之一。然而，其内部杂质元素和固有缺陷常导致其力学性能下降，从而降低了容器的承压能力和存储寿命。目前元素掺杂对于高强度钢力学性能的影响机制尚不完全明确，基于此，本文应用第一性原理计算模拟方法研究了Fe-M及Fe-C-M（M = Cr、Mn、Mo、As、Sb、Bi、Sn、Pb）体系中元素掺杂对其机械性能的影响。结果表明，Mn掺
【基金项目】
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河北省科技重大专项（22284402Z）； 北京市自然科学基金（2192029）资助的课题；
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高压气态储氢是当前氢能储运的重要方式，而高强钢材料则是储氢容器主要采用的材料之一。然而，其内部杂质元素和固有缺陷常导致其力学性能下降，从而降低了容器的承压能力和存储寿命。目前元素掺杂对于高强度钢力学性能的影响机制尚不完全明确，基于此，本文应用第一性原理计算模拟方法研究了Fe-M及Fe-C-M（M = Cr、Mn、Mo、As、Sb、Bi、Sn、Pb）体系中元素掺杂对其机械性能的影响。结果表明，Mn掺杂使得高强钢的弹性模量、体模量和剪切模量等增强，而其余元素的引入均使得高强钢的三种模量减弱，其中非过渡金属元素对三种模量的影响大于过渡金属元素。电子结构分析表明，过渡金属元素与Fe晶格有着更好的相容性。分子动力学模拟结果进一步显示H原子的注入显著地破坏了Fe多晶掺杂C、Cr、Mn元素体系的晶格有序性，而Cr元素的掺入则可以显著提升体系的位错密度。综上，本文探究了掺杂元素对单晶和多晶Fe力学性能的影响，对Fe基材料掺杂及缺陷对强度影响的机理研究具有较强的指导意义。
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