高效清洁的超超临界火力发电技术是燃煤火力电站的重点发展方向。为了进一步降低煤耗并减少二氧化碳排放,火力发电技术正在飞速向更高参数的超超临界火力发电技术发展。而蒸汽参数的提高会加快机组中过热器和再热器等关键部件的老化速度,从而缩短使用寿命。目前应用在600℃等级超超临界机组的HR3C、Super304H等奥氏体耐热钢在更高的蒸汽参数下运行时碳化物析出、粗化,结构热稳定性变差,高温力学性能和使用寿命也会受到严重影响。Sanicro 25奥氏体耐热钢比HR3C具有更高的热稳定性和高温力学性能,有望用于630～650℃等级超超临界火电机组的关键材料中。对比HR3C和Sanicro 25钢的化学成分和力学性能可以发现合金化元素Co、W、Cu、Nb等在热稳定性和力学性能等方面起到了重要的作用。为了进一步分析这些元素在Sanicro 25钢中对结构、性能所起作用,本文利用第一性原理从原子层次探索Co、W、Cu和Nb等合金元素对Sanicro 25钢结构稳定性和力学性能的影响规律。根据Sanicro 25钢的主要化学成分,以Fe-Cr-Ni体系为基础搭建了含Co、W、Cu和Nb等合金元素的不同模型。本文首先分析了固溶强化元素Co、W对Sanicro 25钢结构稳定性和力学性能的影响。利用第一性原理对模型进行结构优化、弹性常数计算、派纳力计算和层错能计算等,探究其结构稳定性、热力学稳定性、电子性质和力学性能,得到如下结论:Co、W固溶于Fe-Cr-Ni体系具有良好的结构稳定性,且在630～650℃使用温度下体系的结构稳定性更好。W和少量Co可提高体系的强度和延展性等力学性能。Co、W在远离层错区时会增加体系中出现孪晶的可能性,从而提高其塑性变形能力。之后同样根据结构优化、弹性常数计算、派纳力计算和层错能计算等结果分析了以沉淀硬化作用为主的元素Cu、Nb对Sanicro 25钢结构稳定性和力学性能的影响,得到以下结论:在Fe-Cr-Ni体系中加入Cu、Nb后体系仍具有较好的结构稳定性,且在630～650℃使用温度下体系的结构稳定性更好。在Fe-Cr-Ni体系中加入Cu会降低体系的强度和延展性等,而体系中加入Nb会降低强度,提高延展性。Cu会降低体系中出现孪晶的倾向,导致其塑性变形能力降低。而Nb在远离层错区时会增加体系中出现孪晶的可能性,从而提高其塑性变形能力。