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我国正在积极开发先进超超临界(A-USC)清洁燃煤发电技术，为了降低电站制造成本，满足700℃超超临界电站安全、可靠、长寿命运行需求，十分必要发展适宜于我国原材料特点的A-USC机组用高温结构材料。本文从合金设计着手，基于部件对镍基合金组织稳定性、焊接性、耐腐蚀与抗氧化性能等方面考虑，设计出过热器/再热器管材用NSRT(Nickel-base alloy for Superheater/Reheater tubing)和转子用NFR(Nickel-base alloy for Forged Rotor)变形镍基合金。在合金设计基础上，实验分析了NSRT和NFR合金主要析出相、组织稳定性，及其对力学性能的影响。开展了合金高温持久性能的测试，评估了合金在700～750℃条件下使用的可能性。合金设计与实验结果结合，为A-USC机组用镍基合金后续基础研究工作的完善和改进奠定了良好的基础，取得的主要结论包括: 采用相计算和热力学计算方法研究了Al、Ti、W、Mo、Fe、Cr等元素对一种原研制高温应用的Ni-18Cr-8W-2.3Al-0.02C-0.003B基础合金组织稳定性、耐蚀和抗氧化性能、焊接性能、加工性能的影响。通过降Al、增加Ti和Nb、控制Al/Ti比，增加γ溶解温度和析出量，提高析出强化效果;通过控制γ/γ错配度，降低合金γ相粗化倾向;优化Cr、W和Mo含量，保证合金组织稳定性，改善耐腐蚀性能;添加适量的Fe元素，降低合金材料成本，设计出了NSRT合金。合金主要元素含量（wt.％）为:20～22 Cr,2～5 Fe,5.5～6 W,0.8～1.0 Mo,1.3～1.8 Al,1.2～2.0 Ti,0～1.0 Nb。通过增加Al含量、控制W和Mo含量、适量添加Fe元素设计出NFR合金，主要元素含量（wt.％）为:15～20Cr,0～5 Fe,6～9.5W,0.5～1.0Mo,2.8～3.2 Al。 实验研究结果显示，NSRT合金主要析出相为γ相、M23C6和MC碳化物，在热处理和长期时效过程中无TCP相析出，组织稳定性优异。长期时效过程中，γ颗粒尺寸变化与时效时间关系满足Ostwald方程。随合金含C量增加，M23C6和MC碳化物析出量增加。M23C6提高了NSRT合金拉伸和持久强度，改善了高温塑性。MC钉扎晶界，降低NSRT合金晶粒长大倾向。参照C对合金拉伸和持久性能影响规律，提出NSRT合金中的最佳C含量为0.034～0.047wt.％。选用含0.034Wt.％C的NSRT合金在700～850℃范围内进行了等温持久测试。分别采用Larson-Miller和Wilshire参数法进行数据分析和推测，结果显示NSRT合金在700℃/105h的持久强度分别为207MPa和197MPa，在750℃/105h的持久强度分别为130MPa和105MPa，满足A-USC机组过热器和再热器管材力学性能使用需求。 固溶和时效处理后，不同Fe含量的NFR合金主要析出相均为γ相和M23C6碳化物。长期时效过程中，含10wt.％ Fe的NFR合金中析出σ相，而Fe含量为5wt.％的NFR合金中未观察到有害相析出。随着长期时效时间延长，NFR合金室温拉伸强度增加、塑性基本稳定在25～30％范围内，高温拉伸强度略有下降、塑性基本稳定在15％左右。随着时效时间延长，含10wt.％ Fe的NFR合金中的σ相析出数量增加，形貌由细小的针状演变为魏氏体组织，使得合金室温塑性显著降低，但对强度的影响不明显。NFR合金在760℃生成厚度均匀、黏附性良好的Al2O3氧化膜，氧化速率低，抗氧化性能好。温度升高，氧化速率增大，发生内氧化，氧化膜由单一的Al2O3向Al2O3-Cr2O3转变。热物性参数测量结果显示，NFR合金在700～750℃下的线膨胀系数与Inconel617，Nimonic263和Inconel740等合金相当。NFR合金在700℃/105h的持久强度约为180～210MPa，在720℃/105h的持久强度约为138～180MPa，满足A-USC机组转子用镍基合金力学性能要求。