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面对日益严峻的能源短缺和环境污染问题,发展绿色发电技术是突破当前困境最有效的措施。作为绿色发电技术的支撑,发电机组用钢铁材料应具备优异的高温力学性能以维持其在高温高压和腐蚀环境下的长期服役。本文以当前广泛研究的9Cr系耐热钢为基础,设计了一种新型高氮马氏体耐热铸钢,采用加压真空感应炉制备出两种实验用钢:实验钢A（0.25 wt%N）与实验钢B（0.3 wt%N）,并深入探究了其热处理工艺、组织结构和力学性能的内在相关性。组织与结构表征结果表明:实验钢A铸态组织为马氏体组织与少量高温铁素体组织的混合组织,实验钢B铸态组织为马氏体组织。实验钢A与实验钢B的均质化处理工艺分别为1050℃-10 h和1100℃-10 h时,两类实验钢的铸态偏析组织分解且实验钢A中高温铁素体含量较少。实验钢A和实验钢B的正火工艺分别为1000℃-2 h和1100℃-2 h时,两类实验铸钢晶粒细化、初始脉状氮化物分解,方形氮化物无变化;加热温度超过1100℃时,实验钢B组织中出现高温铁素体,其含量也随温度升高而增多。通过热处理的方法无法完全消除实验钢A组织中的高温铁素体。最后,钢中析出相的类型、尺寸可通过调整回火温度进行调控。当回火温度在700℃～760℃,实验钢B的回火组织中有少量长约20 nm的Fe3C相分布在基体中,尺寸为20～150 nm的（V,Nb）N,Cr N和Cr2N等相分布在马氏体板条中且其中的Cr2N相随温度升高尺寸减小,尺寸为150～300 nm的Laves（Fe2W）相分布在马氏体板条界上。当回火温度超过760℃后,析出相Fe3C相会完全分解。力学性能测试结果表明,实验钢B室温下表现出较低的冲击韧性、塑性和较高的拉伸强度,在600℃以上高温表现出较高的拉伸强度和良好的高温持久性能,这是由于实验钢B中VN、Cr N、Cr2N以及Laves相等析出相与位错交互作用进而有效钉扎位错,增加了基体的强度,与此同时其组织中又夹杂大量大尺寸氮化物,从而降低了韧性。