发展高参数超超临界火电技术是符合我国国情的“洁净煤发电”首选技术。而随着蒸汽参数的提高,对耐热材料的要求也更加苛刻。叶片作为火电设备蒸汽轮机的关键部件,在蒸汽温度达到700℃时,叶片材料需要采用镍基耐热合金。Waspaloy合金是700-℃超超临界蒸汽轮机叶片的主要候选材料之一,本文利用光学显微镜、SEM、TEM、XRD等测试方法,对Waspaloy合金的热变形行为、热处理制度的影响、700-C长期时效过程中组织与性能变化、持久断裂寿命进行了系统研究；并对Waspaloy合金的成分进行了优化,同时进行一定的成分改进。取得的主要结果如下：研究了Waspaloy合金在0.01S-1-l0.0S-1及1000℃～1200℃变形条件下的热变形行为,建立了合金的热变形方程以及Z参数与峰值应力间的定量关系,求得了合金平均激活能为430.9kJ/mol。基于动态材料模型,建立了Waspaloy合金的热加工图,并确定了合金最佳的热加工工艺为：应变温度1050℃到1150℃,应变速率为O.O1s-1～0.1s-1时,在此条件下能量耗散率最高能达到45%,合金能获得均匀等轴的完全再结晶组织；而在应变温度1000℃～1050℃,应变速率为1.0 s-1～10.0 s-1加工时,会出现绝热变形带,发生流变失稳现象。研究了热处理制度对Waspaloy合金组织与性能的影响,随着固溶温度的升高,合金强度不断下降,晶粒尺寸不断长大：当固溶温度小于1080℃时,晶粒尺寸可以满足ASTM标准要求；固溶保温时间达到4h后,合金中仅有少量块状MC型碳化物未溶。在845℃进行高温时效时,合金强度达到最高,M23C6型碳化物大量析出,并沿晶界呈颗粒链状分布。合金在760℃时效16h时,合金的强度达到峰值。得到700℃叶片材料用Waspaloy合金的适宜热处理制度为1080℃保温4h,油冷+845℃保温4h,空冷+760℃保温16h,空冷。研究了Waspaloy合金在700℃条件下时效10000h过程中组织与性能变化。合金主要析出相为富Cr的M23C6型碳化物、富Ti的MC型碳化物和γ’相以及微量的M6C相,时效过程中没有其他相析出,合金表现出良好的组织稳定性。丫’相为球状颗粒在晶内弥散析出,颗粒大小符合正态分布规律；丫’相长大过程符合Ostward熟化规律,时效10000h后γ’相的平均尺寸长大并不明显。M23C6型碳化物主要沿晶界析出,随时效时间的延长,其形貌特征经历了由细小颗粒断续分布演变到长条状连续分布,并逐渐长大的演变过程。合金中一次MC相会与基体发生MC+γ→M23C6+γ’分解反应,但分解反应非常缓慢。在时效初期,持续析出丫’相的使得合金的强度明显提高；当时效时间超过2000h以后,丫’相的长大又会导致合金强度的缓慢下降。对合金中C、Ti元素含量进行了优化研究。合金中C元素的提高能有效增加合金中碳化物数量,增强碳化物对晶界钉扎作用,使得晶粒明显细化,但对碳化物种类、分布以及γ’相的形貌特征没有明显影响,不会改变Waspaloy合金中析出相的种类；当C含量取0.016%时,合金强度以及短时持久性能较低；当C取0.056%～0.096%时,合金具有较好的短时与外推长时持久性能。合金中Ti元素的提高不会引起Waspaloy合金中析出相种类的变化,能有效增加合金中γ’相的数量,改善合金强度和短时持久性能,但长时外推持久强度会有所降低；当Ti含量为3.18%,合金具有较好强度性能与较好的长时外推持久寿命。研究了W元素在Waspaloy合金中的作用。结果表明在合金中添加2%质量分数的W元素,能有效细化合金中γ’相的尺寸,显著降低γ’相的长大速率,改善合金的强度性能、冲击韧性以及持久性能,不会改变Waspaloy合金中析出相的种类,在长期时效过程中保持了良好的组织稳定性。W元素主要分布于基体和γ’相中,同时起到固溶强化和沉淀强化作用；添加到合金中的W元素,能够增加合金中重合位置点阵∑=3晶界数量,降低晶界界面能量,强化晶界,能同时改善合金的短时以及长时外推持久性能。700℃下10万小时持久强度外推值达到271MPa,比成分改进前的Waspaloy合金持久外推性能提高了14.0%。