目前,世界上最先进的商用超超临界燃煤电站再热蒸汽温度为620℃,我国也已批复建设世界上首台再热温度为630℃的超超临界燃煤火电机组示范项目。为进一步提高热效率,降低煤炭消耗,火力发电的蒸汽温度仍需不断提升。我国正在开展再热蒸汽超过630℃、热效率超过50%的燃煤发电技术攻关,其中难度最大的是用于主蒸汽管道、集箱等厚壁部件材料的开发。当金属温度超过650℃,马氏体耐热钢已不能满足设计要求;奥氏体耐热钢热膨胀系数高,时效脆性大;而铁镍基合金中的γ’相易导致组织和性能长时失稳,特别是焊接热影响区(HAZ)液化问题,都不适合锅炉集箱和主蒸汽管道等大口径厚壁管选材,因此亟需开发一种新型固溶强化型镍基耐热合金,同时满足高温强度、现场焊接等工程需要。C-HRA-2耐热合金是我国自主研发,已开展多轮次工程化制造,是我国650～680℃温度锅炉集箱和主蒸汽管道的候选材料之一。本研究以C-HRA-2耐热合金为研究对象,针对该合金的成分优化、热变形行为、热处理制度、长时组织稳定性和持久强度性能等开展系列研究。研究结果表明:(1)通过Thermo-Calc热力学计算软件研究了该合金在650～700℃产生的平衡析出相,发现C含量对M23C6析出量有显著影响,每增加0.01 wt.%的C,M23C6相的含量则增加约0.2 wt.%;Cr含量对M23C6向M6C相转换的温度有主导影响,当Cr含量高于22 wt.%时,合金在650～700℃温度区间不会析出M6C相。(2)通过热变形行为研究,获得了 C-HRA-2合金的热变形方程及热加工图,推荐该合金的热加工温度最佳范围为1050～1150℃。C-HRA-2合金的平均热变形激活能为446 kJ/mol。(3)C-HRA-2合金中的M23C6碳化物在温度高于1125℃时开始回溶。固溶处理中晶粒的长大与Anelli模型有较好的拟合,但需根据碳化物的回溶温度分开计算。固溶后合金的屈服强度主要由固溶强化和晶界强化构成,其中固溶强化的贡献约为232 MPa,晶界强化的k值约为20.27 MPa·mm1/2。(4)C-HRA-2合金在675～700℃时效过程中其强度在500 h内快速提高,之后开始保持稳定。时效过程中的析出物主要为M23C6碳化物,其析出量随着时效时间的增长而不断上升,直至时效3000 h后达到最大值约为1.077～1.108 wt.%。C-HRA-2合金的冲击韧性在675～700℃时效8000 h后保持在110J以上。(5)C-HRA-2合金的持久强度外推采用单对数法计算,在温度为650℃、675℃和700℃下,外推10万小时后的强度分别为171 MPa、139MPa和103 MPa。持久试样在低温高应力下断裂时,断口呈冰糖状沿晶断裂,裂纹源主要为含Al、Ca等元素的氧化物夹杂;在高温低应力时,持久试样有明显的颈缩,裂纹源主要为三叉晶界处的孔洞裂纹。