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本文以3W-3Co系新型铁素体叶片钢为研究对象,拟开发用于26-35MPa,蒸汽温度为620～650℃的铁素体叶片钢。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射以及力学性能测试设备等,确定了试验钢的最佳热处理制度,分析长时时效过程中析出相类型以及微观组织演变对力学性能的影响,研究了高温蠕变过程中第二相的长大对持久强度的影响,讨论了试验钢的持久强化机制。首先为试验钢设计了四种热处理制度,通过对组织和性能研究表明,试验钢在720℃和750℃回火时能够获得较好的室温力学性能,而在620℃短时力学性能试验中,720℃回火具有更优的高温强度和塑性,所以确定最佳热处理工艺为1100℃×1h油淬+720℃×2h回火处理。经XRD分析试验钢经热处理后主要析出相为M23C6相、Nb(C,N)相和M382相(冶炼过程中形成),在时效过程中会析出Laves相。在0～2000h时效过程中,硬度先上升后下降,强度呈先下降后上升趋势,塑性在初始阶段下降明显,随后趋于稳定。试验钢在620℃长期持久试验中,0～2000h蠕变阶段持久强度较高应力-寿命符合线性关系,在300MPa、1265h时出现了拐点,应力-寿命曲线迅速下降。研究表明高温蠕变过程中晶界上的M23C6相粗化速度最快,其次是Laves相,亚晶界上的M23C6相长大速度较缓,MX相较稳定的强化相,因此晶界上M23C6相长大产生的弱化作用是导致持久强度下降的原因之一。此外,在长期蠕变过程中马氏体板条发生明显回复,位错密度大幅度下降,部分板条被宽化且出现碎化现象,组织内形成再结晶晶粒,引起晶界强化和位错强化作用的弱化是导致持久强度下降的另一原因。试验钢在620℃、0-7058h高温蠕变过程中Laves相长大速度缓慢,Laves相的析出可有效减缓M23C6相的长大速率,因此Laves相对持久强度以强化作用为主。MX相尺寸较小,在高温蠕变过程中较稳定,对持久强度起着强化作用。沿板条界及板条内分布着细小的析出相,可有效的钉扎位错的滑移,延缓回复速度,提高持久强度。