随着中国经济的飞速发展,化工设备的工艺参数不断提高,使得蠕变裂纹扩展成为高温结构的主要失效形式。高温结构蠕变裂纹扩展寿命评价需要可以准确描述材料蠕变变形行为的本构方程,因此研究纳入蠕变变形机理的本构模型从而预测金属材料在宽范围应力区下的蠕变变形和蠕变裂纹扩展行为对于高温结构的寿命评估具有重要意义。本文以600℃下的P91钢为对象,主要研究内容及结论如下:（1）基于金属材料在不同应力区的不同蠕变变形机理,构建了纳入宽范围应力区蠕变变形机理（CDMWRS）的本构模型,并分析不同应力区下蠕变变形机理的相互影响。结果表明:在低应力区扩散蠕变机理占主导,位错蠕变对其影响较小;在高应力区位错蠕变机理占主导,扩散蠕变对其影响较小。（2）根据已有文献数据,通过参数拟合分别获得宽范围应力区P91钢和316不锈钢材料的CDMWRS蠕变本构模型参数,通过有限元模拟单轴蠕变实验并将模拟结果与实验数据进行对比。结果表明:CDMWRS本构模型能够有效地描述宽范围应力区P91钢和316不锈钢材料的蠕变变形行为。（3）采用Fortran语言,将构建的CDMWRS本构模型编写成CREEP子程序,结合基于延性耗竭的Nikbin延性模型,通过ABAQUS软件模拟CT试样的蠕变裂纹扩展行为。结果表明:CDMWRS本构模型相较于Norton模型、双诺顿（2RN）模型和正弦双曲函数（sinh）模型,在蠕变裂纹扩展速率da/dt-C*曲线中的过渡区,尤其是低应力区模拟数据与实验数据吻合很好;Nikbin延性模型中α参数值的大小会影响蠕变裂纹扩展速率的转折点位置和过渡区尺寸,且α值越大过渡区的尺寸越小,两个转折点位置越靠近。（4）基于构建的CDMWRS本构模型,针对工程实际管道中的指甲盖型表面裂纹进行蠕变裂纹扩展模拟研究。结果表明:在a0/c0=1和a0/t=0.2条件下,管道内压分别为5 MPa、8 MPa、10 MPa、12 MPa和15 MPa时各个方向上的裂纹扩展速率是不均匀的,随着管道内压增大,最大裂纹扩展长度对应的方向由裂纹深度方向逐渐靠近表面方向;在管道内压为15 MPa和a0/c0=1条件下,当初始裂纹深度a0/t分别为0.2、0.3和0.4时,最大裂纹扩展长度对应的方向角θ几乎没有变化,当a0/t为0.5时,最大裂纹扩展长度对应的方向角θ略有增大;在管道内压为15 MPa和a0/t=0.2条件下,当初始裂纹形状a0/c0分别为0.5、0.8和1时,随着初始裂纹长度越大,最大蠕变裂纹扩展长度对应的方向角θ逐渐增大,并逐渐靠近裂纹深度方向扩展。