火力发电大量燃煤产生CO₂温室气体及其它有害物质的排放引起了人们的重视,虽然近年来核能,风能等发电量占比持续增加,但在很长一段时间内火力发电仍将是产生电能的最主要方式,提高火力发电的效率变得至关重要。而提高发电效率的关键在于提高火电机组的工作参数（工作压力与工作温度）,目前欧盟美国等已相继将目标工作参数提高到了700℃/35 MPa或以上。然而,超超临界火电机组工作参数的提高对各个关键部位材料的性能（耐高温强度及抗氧化腐蚀性能）带来了更大的挑战。近几年,一种新型的氧化铝保护膜自形成奥氏体（AFA）耐热钢被开发,在高温下表面生成的致密的Al₂O₃氧化膜使得其抗氧化性能十分优异。本文通过合金化及工艺优化方式使得新型含铝奥氏体耐热钢（母合金实际成分为Fe-20.22Ni-14.80Cr-1.26Mn-1.89Al-2.36Mo-2.8Cu-0.18Si-0.49Nb-0.01B-0.04C,wt.%,记为20Ni合金）在700℃和750℃时的高温性能进一步提升,分析了其对材料组织结构及性能的影响,揭示了材料高温性能改善的微观机制。主要研究结果如下:1)预变形可以引入适量的位错,改善材料的高温蠕变持久性能。在一般机械处理的工艺之上,通过增加不同的预变形量,研究了预变形对材料蠕变性能的影响。研究表明,当预变形量从0%增加到15%,20Ni合金在700℃/200 MPa时蠕变寿命从401 h增加到1215 h。位错增加不仅起到了位错强化的作用,也为纳米级第二相析出提供了形核的位置。进一步预变形量增加引入过多的缺陷使得合金蠕变持久性能明显下降。2)采用JMatPro7.0热力学软件的镍基合金数据库模拟了Ni、Al、Ti及Cu元素含量变化对AFA合金第二相析出的影响。Ni含量增加可以有效抑制粗大的Laves相和σ相等有害相的析出而增加L1₂相析出量,过量Al元素增加不利于L1₂相析出反而增加σ相析出,Ti元素增加同时引起有害相和L1₂相增多,加入适量Cu元素可以适当增加L1₂相而减少有害相析出。3)向20Ni合金中继续添加7%和15%的Ni有利于材料在750℃时的高温蠕变性能提高。当向Ni含量分别为27%和35%的AFA合金添加0.5%Ti时,材料的蠕变性能改善明显,但若Ti含量进一步提升至1.0%会导致750℃时27Ni合金的抗氧化性能的明显下降和35Ni合金中主要高温析出强化相L1₂-Ni₃Al相的粗化。6%和10%Cu元素加入到27Ni合金中会导致AFA合金的塑性降低,高温蠕变性能下降。分析结果显示元素含量的变化改变了蠕变过程中第二相的析出量及尺寸,特别是L1₂相的尺寸变化对蠕变性能的影响最大。4)向27Ni合金中添加0.5%和1.0%的Ti元素会使得AFA钢在750℃时的抗氧化性能恶化明显,但若进一步加入8%Ni元素可以一定程度地恢复其抗氧化性能。