奥氏体耐热钢由于具有优异的耐高温腐蚀性能、抗蒸汽氧化性能、抗高温蠕变性能,以及与镍基合金相比具有较低的成本,成为超超临界锅炉过热器和再热器的候选材料。C-HRA-5奥氏体耐热钢是我国研发的新型奥氏体耐热钢,可用于630℃～650℃超超临界锅炉。在超超临界锅炉环境中,材料可能会遭受到高温蠕变失效、低周疲劳失效、蒸汽氧化失效以及炉火侧腐蚀失效等。这几种失效形式可能严重危害超超临界锅炉的运行,因此,十分有必要研究清楚其性能和失效机理。但C-HRA-5奥氏体耐热钢在服役环境下的高温低周疲劳行为和高温烟气腐蚀行为尚未研究清楚。因此,本文主要对C-HRA-5奥氏体耐热钢高温低周疲劳行为和高温烟气腐蚀行为展开研究。通过在650℃和700℃时,恒定应变速率,0.3%、0.4%和0.5%应变幅下进行低周疲劳测试,获得了C-HRA-5在高温下的低周疲劳性能数据。通过观察断口形貌和分析微观组织,分析了材料在高温下的低周疲劳断裂机理。基于塑性应变能密度,构建了低周疲劳参数与循环周次之间的寿命预测模型。通过与TP347HFG奥氏体耐热钢对比,分析了C-HRA-5在700℃时,0.2%HCl-4%O2-15%CO2-N2、0.2%SO2-4%O2-15%CO2-N2和0.2%HCl-0.2%SO2-4%O2-15%CO2-N2的腐蚀行为,揭示了材料在高温烟气中的腐蚀机理。C-HRA-5奥氏体耐热钢在650℃和700℃下的循环硬化曲线可分为三个阶段,分别为阶段Ⅰ:迅速上升阶段;阶段Ⅱ:基本平稳阶段;阶段Ⅲ:快速下降阶段。在所有参数下C-HRA-5在前两阶段中均表现出超强的循环硬化行为。循环硬化行为与出现的动态应变时效现象和位错之间的相互作用密切相关。同时,动态应变时效现象的出现会增大局部应力,可能会造成小裂纹产生从而缩短材料的寿命。因此,本研究基于塑性应变能密度,综合考虑材料在低周疲劳测试过程中应力和应变波动的变化,构建了塑性应变幅和循环周次之间的寿命预测模型,可更准确地预测材料的低周疲劳寿命。断口形貌主要包括疲劳源、疲劳区和瞬断区。纵截面中发现有小空洞、沿晶裂纹和穿晶裂纹出现,可能是在高温加载作用下,位错在晶界附近聚集形成局部应力造成沿晶裂纹出现。而高温下氧化作用可能会使裂纹扩展方向从沿晶转变为穿晶扩展。在0.2%HCl-4%O2-15%CO2-N2、0.2%SO2-4%O2-15%CO2-N2和0.2%HCl-0.2%SO2-4%O2-15%CO2-N2混合气氛中,700℃下腐蚀120h后,C-HRA-5奥氏体耐热钢的腐蚀增量和腐蚀速率都比TP347HFG更低,耐烟气腐蚀性能更好。其中,在0.2%HCl-4%O2-15%CO2-N2混合气氛中腐蚀速率最高,这是由于HCl与金属基体中的合金元素相互反应,生成氯气和金属氧化物。氯气不断循环促进材料发生氧化,促进氧化了动力学过程。而在0.2%SO2-4%O2-15%CO2-N2和0.2%HCl-0.2%SO2-4%O2-15%CO2-N2混合气氛中,SO2气体通过与氧离子相互竞争金属基体表面的活性位点,抑制材料的氧化动力学过程,从而使得腐蚀速率降低。此外,C-HRA-5中Cr含量比TP347HFG高,易形成结构致密的Cr2O3和含Cr的硫化物,阻碍腐蚀的进一步发生,因此,耐腐蚀性更优异。通过对C-HRA-5奥氏体耐热钢低周疲劳性能和高温烟气腐蚀性能的研究,对C-HRA-5在今后的应用中提供了更可靠的依据。与此同时,对发展700℃高参数大容量超超临界锅炉材料也提供了更多参考依据。