汽轮机转子承受着复杂的多轴比例与非比例交互循环载荷的作用，应力应变关系十分复杂。这种复杂的应力状态使得转子材料的疲劳寿命大为减少，其疲劳损伤的累积也不断增加。至今国内外已发生过多起汽轮机断轴毁机事故，通过对轴系断口的分析，事故发生的根本原因大多为不稳定运行导致转子局部应力集中部位产生了较大的塑性应变累积。汽轮机转子的寿命预测方法对于火力发电机组是否在安全范围内运行至关重要。随着蒸汽参数的不断提高，国内过去广泛使用的Cr-Mo-V钢的高温性能和持久强度已经不能满足要求，目前引进的超超临界机组均采用12Cr钢作为新的转子材料。国内对于12Cr钢的研究目前还比较少，尤其在低周疲劳试验和寿命评估上，鲜有文章发表，本文对汽轮机转子钢12Cr的低周疲劳特性及疲劳寿命预测方法进行了研究，具有很好的参考价值。本文对两种国产超（超）临界汽轮机转子钢12Cr进行了540℃和593℃下的高温低周疲劳试验，给出了12Cr疲劳试验循环稳定阶段的疲劳特性参数，利用传统寿命预测模型Manson-Coffin公式和基于总应变能密度的寿命预测模型对12Cr钢的低周疲劳寿命进行分析，并比较了两种方法预测效果的优劣性。结果表明，12Cr钢在高温低周疲劳试验中呈现出明显的循环软化特性，且在540℃温度时的疲劳寿命较高，基于总应变能密度的寿命预测模型能准确地预测12Cr钢的低周疲劳寿命。根据试验所获取的数据，采用Fortran语言与增量理论编写了该材料的弹塑性本构模型，并通过MSC.Marc的二次开发功能进行了有限元实现，验证了本构模型的正确性。利用有限元方法模拟了平板在拉压弯曲载荷下的力学行为，采用能量方法估算了平板经历预损伤后的剩余寿命值；并进一步模拟薄壁管在拉压扭转多轴载荷下的受力状态，根据不同的临界平面寿命模型，预测了多轴载荷下薄壁管的疲劳寿命值，结果证明使用自建本构模型与有限元方法预测多轴疲劳是可行的。