火力发电厂锅炉管道长期在高温下服役,同时承受高压以及水蒸气的腐蚀,它们的性能对于锅炉的安全运行起着重要作用。10Cr9MolVNb钢以其优异的综合性能被广泛应用于超临界和超超临界发电机组的高温承压部件,如主蒸汽管道、过热器和再热器等。因此,研究T91马氏体钢的组织与性能,对于合理安排锅炉的运行时间和材料的寿命预测,以及解决T91钢国产化中存在的问题,具有现实的指导意义。本文研究的内容是T91钢在原位拉伸过程中的组织与性能。首先对T91钢进行加热温度为1055℃、保温时间为60 min的正火热处理,并分别在730℃、765℃和800℃下进行回火。然后利用金相显微镜观察T91钢在不同温度下回火后的组织,利用原位加载扫描电镜技术分析T91钢的力学性能,观察拉伸过程中的组织变化和断裂过程以及断口形貌,利用透射电镜观察不同拉伸阶段的微观结构的变化,依据T91钢的合金化原理,探究了马氏体的强化机理。结果表明,经765℃的回火处理后,可以得到性能良好的回火马氏体组织；800℃回火温度太高,造成组织粗大,730℃回火温度过低导致欠回火。原位拉伸试验结果表明,回火温度从730℃提高到800℃时,抗拉强度、屈服强度和延伸率都是先上升后下降的趋势,并且在765℃时达到最高。在拉应力的作用下,试样在颈缩后发生断裂,断口微观形貌为韧窝状。其中730℃回火后马氏体组织比较细小,亚晶块结构不明显,马氏体碎化较差,位错缠结现象严重；765℃回火后马氏体板条形态比较细密,亚晶块结构已经形成,马氏体碎化良好,位错缠结现象减轻,位错网络初步形成；800℃回火后马氏体组织明显比较粗大,亚晶块结构明显,位错缠结组态已经基本消失,位错网络比较明显,碳化物在晶界呈串珠状。通过对比回火后以及拉伸前后试样的透射图像,分析回火温度和塑性变形对组织与性能的影响规律,得出马氏体强韧化的主要原因如下：Cr、Mo等固溶原子的固溶强化,板条状马氏体界面强韧化和亚晶块的界面强韧化,析出相的弥散强化和沉淀相的沉淀强化,回火产生的位错强韧化,拉伸引起的形变强化。实际中多种强化机制复合在一起,相互协同作用,从而体现优良的综合性能。