GH984G合金是中国科学院金属研究所自主研发的一种Ni-Fe基合金,具有持久强度高、成本低、抗氧化腐蚀性能优异、成形性好等优势,已成为我国700℃超超临界燃煤电站热端部件的候选材料。前期研究结果表明磷微合金化可进一步提高GH984G合金在高应力条件下的持久寿命,然而,在接近应用工况的低应力条件下,磷含量对GH984G合金的高温持久及蠕变性能的影响规律尚无认知,有必要进一步澄清磷在GH984G合金中的作用,明确其影响机制。同时,结合超超临界燃煤电站热端部件在热加工和热稳定性等方面的要求,围绕合金变形行为这一核心,本文研究了磷含量对GH984G合金高温热变形行为、室温冲击变形、服役温度下的拉伸变形以及蠕变变形的影响,阐明在不同应力水平下磷对GH984G合金变形行为的作用及影响机制,从而为磷微合金化Ni-Fe基合金的成分设计、加工工艺优化和实际应用提供实验依据和理论基础。研究了磷含量对三种状态(均匀化态、锻态及热轧态)GH984G合金热变形行为的影响,结果表明不同磷含量的均匀化态合金的最优热加工参数均位于高温低应变速率区,但随着磷含量的增加,最优热加工温度范围由1050℃-1200℃缩小至1100℃-1200℃;而位于高温高应变速率区的加工失稳范围随磷含量的升高而显著增大,低磷含量合金在1175℃以上出现加工失稳现象,而高磷含量合金在1100℃即发生加工失稳。锻态及热轧态GH984G合金最优的变形温度及应变速率均位于1150℃/1.0 s-1附近,磷含量对最优热加工参数的影响相对较小。研究了磷含量对GH984G合金热变形行为的影响机理,结果表明磷通过改变连续动态再结晶形核进程来影响合金的热变形行为,首先固溶于基体的磷原子通过阻碍位错运动推迟连续动态再结晶形核;其次磷促进MC碳化物的析出,MC可增加连续动态再结晶形核点,促进连续动态再结晶形核。均匀化态合金(平均晶粒尺寸约400 μm)在热变形过程中连续动态再结晶发挥重要作用,其热变形受磷原子阻碍位错运动及MC碳化物促进形核双重作用的影响,再结晶程度随磷含量的增加呈现先降低后增加的变化趋势;锻态合金晶粒细小(平均晶粒尺寸约17μm),连续动态再结晶仅在低温下发挥作用,其热变形仅受MC碳化物促进再结晶形核作用的影响,再结晶程度随磷含量的增加而增加;热轧态合金晶粒显著细化(平均晶粒尺寸约6μm),以非连续动态再结晶为主,热变形行为几乎与磷含量无关。此外,当动态再结晶程度较高时,磷的添加显著降低热变形合金的∑3孪晶比例。研究了磷含量对650℃-750℃下时效10000 h后的GH984G合金室温冲击性能和700℃瞬时拉伸性能的影响。结果表明,长期时效态合金的室温冲击韧性随着磷含量的增加而明显降低,高磷合金的冲击韧性只有低磷合金的一半。冲击过程中应力主要集中于晶界处,高磷合金在长期时效过程中磷元素严重富集于晶界,降低晶界结合强度,进而减小晶界协调变形的能力,使塑性变形减小,导致高磷合金的冲击韧性显著下降。此外,随着时效时间的延长,相同磷含量合金的冲击韧性呈现先迅速下降后趋于不变的变化趋势,随着时效温度的升高,冲击韧性则逐渐增大。磷含量对GH984G合金700℃瞬时拉伸性能的影响相对较小,高磷合金的拉伸强度及塑性出现小幅度降低。研究了磷含量对GH984G合金在700℃不同应力条件下的蠕变行为,结果表明,随着蠕变应力的降低,磷对合金蠕变性能的有益作用逐渐减弱,且合金的最佳磷含量也相应降低。高蠕变应力(400 MPa)下,磷含量为0.04wt.%的合金具有最长的蠕变断裂寿命,中等蠕变应力(250 MPa-350 MPa)下,最佳磷含量介于0.02wt.%-0.04wt.%之间,而在低蠕变应力(200 MPa)下,最佳磷含量降低至0.01wt.%。在上述实验结果基础上,理论推测磷对GH984G合金蠕变行为的有益作用存在临界蠕变应力,低于临界蠕变应力时磷的有益作用将消失,且临界蠕变应力随磷含量的降低而减小,磷含量为0.02wt.%-0.04wt.%时,临界蠕变应力约为190MPa,磷含量为0.01wt.%时,临界蠕变应力降低至约130MPa。针对GH984G合金在超超临界机组上的长期应用要求,应将磷含量控制在0.01wt.%以下。