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汽轮机末级叶片服役过程中经受湿蒸汽环境与高频振动导致的疲劳载荷共同作用，设计中保证其强度安全是高端装备制造面临的迫切任务之一。本文围绕这一工程需求，开发研制了与高频疲劳试验机相配套的蒸汽循环系统，利用所开发的实验装置，完成了100℃低氧水蒸汽环境下Custom450不锈钢的超高周疲劳试验，分析研究了Goodman等寿命曲线的变化规律，研究了起裂机理并建立了寿命预测模型，主要研究内容及结论如下: (1)进行了100℃低氧水蒸汽环境下Custom450不锈钢的超高周疲劳试验，分析得到了Goodman等寿命曲线及变化规律。研究发现:Custom450不锈钢的S-N曲线在107周次后表现为连续下降型曲线，且不存在疲劳极限。在107周次后，S-N曲线斜率增大，表明疲劳损伤呈现加速趋势;分析表明简化的Goodman直线方程与Jasper能量法拟合的Goodman等寿命曲线均与试验结果误差较大，若直接拟合Goodman等寿命曲线进行疲劳强度校核，可能会导致偏于危险的结果。 (2)系统分析观察了Custom450不锈钢的超高周疲劳断口形貌，研究发现其表现为四种疲劳起裂源:表面夹杂、表面缺陷、内部夹杂和内部结构不连续部位。当应力比R＜0时，试样从内部起裂的概率较高，内部起裂的疲劳失效模式主要发生在超高周疲劳寿命区，在高周疲劳寿命区则以表面疲劳失效为主;对于应力比R＞0的情况，试样无论在高周疲劳寿命区还是超高周疲劳寿命区，均为表面起裂的概率较高。比较而言，低氧蒸汽环境下的疲劳试样表面并未发现明显的点蚀形貌。 (3)基于Stepanskiy能量耗散理论，建立了一种适用于低氧蒸汽环境下Custom450不锈钢材料的疲劳寿命预测准确模型，并同时考虑了环境与应力比影响的修正。研究结果表明:如果不考虑环境与应力比的影响，Stepanskiy能量耗散法模型预测结果与试验数据相比误差较大，其拟合曲线整体相较于试验数据偏高。修正后的双参数模型可以较好地拟合超高周疲劳阶段的试验数据，且随着应力比的提高，两组参数拟合得到的曲线差异逐渐减小。