随越来越多的新能源并网发电,造成电网电力输出呈间歇性波动,这就需要火力发电汽轮机组进行调峰作业。调峰作业导致汽轮机转子的频繁启停,启停过程中的温度升降会在转子上产生交变热应力,从而加剧汽轮机转子的疲劳蠕变损伤。以往对超超临界汽轮机转子寿命和可靠性的评估,重点在恒定温度(最高服役温度)下的蠕变损伤机理研究,未曾考虑交变热应力引起的疲劳损伤行为。这容易造成设计的过分保守,使零部件不能发挥其最大的潜能而造成经济损失,或者因设计余量不够而给机组的可靠运行带来安全隐患。本文选用超超临界火电机组汽轮机转子用9-12%Cr耐热钢的典型代表X12CrMoWVNbN10-1-1钢进行试验研究,探究其在蠕变疲劳载荷下的宏观力学性能与微观组织演变的关系。试验选取汽轮机机组典型的4中工况进行全寿命周期的低周疲劳试验,即冷启动(300?C)、温启动(500?C)、热启动(550?C)以及稳定运行(600?C)。通过对不同工况下试样的恒温和预载荷下试验结果对比分析,总结得到温度和保持时间对材料力学性能的影响规律,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析仪对原始材料和试验后试样材料的微观组织结构和析出相(M23C6和MX)变化进行对比分析,探讨该转子钢在蠕变疲劳载荷下的微观组织结构演变和损伤机理。同时,也对试样裂纹和疲劳断口形貌进行分析,得到该材料裂纹萌生特点、裂纹扩展方式及后期失效原因。试验结果表明:在蠕变疲劳载荷后,材料力学性能表现为循环软化特性,在保持时间段发生应力松弛现象。在预载荷下材料寿命小于恒温载荷下寿命,材料的寿命随温差幅的增大而降低。从微观组织分析得到,在高温蠕变疲劳后的组织板条粗化、晶界产生变形,低温下(300?C)板条发生脆化、增多;析出相M23C6碳化物在蠕变疲劳后发生偏聚、粗化,而MX则发生溶解或者转变,在组织内数量减少。高温环境加剧了晶界析出物长大和内部析出相溶解,使钉扎作用下降,组织发生变形,在宏观上表现为塑性变形。通过对疲劳裂纹和断口形貌分析可知材料整个损伤过程,裂纹以穿晶方式萌生、扩展,保持时间段增加了蠕变损伤,且在裂纹中部和后部发现较多的枝状裂纹,即损伤过程是疲劳和蠕变交互的损伤过程。