2.25Cr-1.6W钢(HCM2S，T23/P23)由于其良好的耐热性能，通常应用于超超临界机组的过热器、水冷壁、再热器管以及主蒸汽管道等组件。超超临界火电机组的部件持续在高温和高压的环境下工作，机组的安全运营极大地依赖于部件焊接接头的完整性。高温部件本身固有的焊接残余应力场与工作载荷（如蒸汽高压）相叠加，在部件上产生一个三轴的应力场。在该应力场作用下，可能加速部件上的蠕变损伤累积和蠕变裂纹的萌生。因此，深入研究焊接结构的局部微观组织、焊接残余应力场和工作载荷叠加作用下的蠕变损伤和蠕变裂纹行为，对确保焊接结构在实际高温工作环境下的安全运营具有重大意义。　　提出了适用于连续冷却过程计算的改进的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（J-M-A-K)方程，结合基于模式搜索法的全局优化方法，确定改进的J-M-A-K方程的动态参数。通过对J-M-A-K方程进行显式化处理，提高了全局优化过程的计算精度。该方法提高了扩散型相变的有限元数值模拟精度。基于改进的J-M-A-K方程，本文模拟分析了焊缝金属强度和相变特性对2.25Cr-l.6W焊接结构残余应力的影响。另一方面，对2.25Cr-l.6W焊接结构不同区域进行残余应力测量，得到焊缝和热影响区微观组织分布和焊接残余应力的关系。研究发现，最大焊接残余应力的位置可以通过焊材的选择来控制。焊缝金属，如果拥有较低的贝氏体相变温度，将导致焊缝的残余应力为压应力，热影响区和母材的残余应力为拉应力。高强匹配的填充金属将拉伸残余应力峰值外推至母材区域，避开强度较低的热影响区。　　本文提出了改进的预压缩-紧凑拉伸蠕变试样，通过压缩-释放，在半圆形缺口附近预制残余应力场，能够在实验室环境下有效地研究三轴残余应力场对蠕变裂纹萌生和扩展性能的影响。通过对2.25Cr-l.6W钢的预压缩-紧凑拉伸蠕变试样进行部分奥氏体化热处理，改变微观晶界的曲折程度。将基于微观蠕变孔洞长大的多轴延性耗竭蠕变损伤本构引入有限元蠕变计算中，模拟了改进的预压缩-紧凑拉伸试样的蠕变损伤累积过程。将分形分析方法引入对晶界微观形貌的分析，该方法能够定量地描述晶界形貌和蠕变行为之间的关系。　　设计了一种通过局部重熔引入焊接残余应力与焊缝显微结构的蠕变试样。利用同步辐射x射线衍射方法，测量该试样表面的残余应力分布情况。引入统计学和三维分形分析方法，分析残余应力作用下，不同微观组织的蠕变裂纹开裂行为和蠕变断裂模式。该试验和统计分析方法揭示了蠕变断口的沿晶断裂比例和断口表面起伏高度的概率密度函数之间的关系。在沿晶断裂比例较高的区域，断口表面起伏高度坐标的统计分布与高斯分布紧密吻合。　　最后，利用考虑固态相变的热-力耦合有限元模型计算2.25Cr-l.6W钢的管道环焊缝接头的残余应力分布，并在残余应力计算结果的基础上引入基于微观蠕变孔洞长大的多轴延性耗竭蠕变损伤分析，分析管道环焊缝接头在实际工作载荷和温度环境下的蠕变寿命和应力释放过程。