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超超临界火力发电机组管道用钢G115钢,是由中国钢铁研究院开发的一种新型9Cr-3W-3Co型马氏体耐热钢,实际应用温度可以达到650°C。火力发电机组服役环境恶劣,由于温度波动和机组频繁启停会使其承受疲劳载荷,容易导致低周疲劳相关行为的失效。因此探究G115耐热钢的高温低周疲劳行为,同时进行微观组织演变的分析,这对于新型耐热钢的推广和应用,保证火力发电机组的安全可靠具有实际工程意义。本文采用基于应变控制的试验方法对G115钢母材在650°C温度下进行低周疲劳行为的探究,通过TEM观察微观组织演变。试验结果表明G115钢表现出典型的循环软化行为,这与位错密度下降、亚晶界消失、M23C6碳化物粗化、亚晶粒粗化等微观组织变化有着密切联系。此外,本文提出一种新的参数,软化率变化率（35）S,用于评估应变幅对软化率S的影响。通过与P92钢进行对比,结果表明G115钢表现出最小的（35）S,归因于试验中大量弥散析出的富铜相,这些沉淀相试图抵消应变幅对软化行为的影响,削弱却无法完全抑制软化行为。针对G115钢中析出的新相,即富铜相,进行应变幅为±0.5%应变控制条件下的疲劳中断试验和一组对照试验,探究富铜相的沉淀析出和粗化行为,以及与位错的交互机制。试验结果表明,富铜相在750K温度附近快速沉淀析出,然后在高温和疲劳载荷作用下快速粗化,粗化行为符合LSW模型,同时伴随着晶体结构从BCC→9R→3R→FCC的复杂转变。另一方面,TEM结果表明富铜相与位错相互吸引,两者交互机制复杂。Friedel-Brown-Ham模型能够证明富铜相是软质沉淀相,易于被往复运动的位错线切割导致其数量密度下降,这表明两者主要交互作用为位错切割机制。最后,通过SEM分析疲劳断口形貌,观察到断口分为裂纹源,扩展区和断裂区三部分,裂纹源一般起裂于试样表面缺陷,而后向内部扩展直至断裂。