利用热力学计算软件Thermo-Calc分析研究了00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢的析出行为；采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SADP)、和X射线衍射分析(XRD)等实验手段和力学分析方法，研究了马氏体时效不锈钢的组织结构、力学性能，分析了马氏体时效不锈钢的强韧化机理。热力学计算结果表明：00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢在固溶加热过程中产生高温析出现象，固溶温度在950℃以上时LAVES相全部溶解；马氏体时效不锈钢在时效处理时析出R相；430℃时逆转变奥氏体开始形成。力学性能研究结果表明：00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢的最佳热处理工艺为1100℃固溶1h，510℃时效10h.抗拉强度和屈服强度分别为1316MPa和1450MPa；延伸率达到10.8％。显微组织研究结果表明，00Cr13Ni7Co5Mo4W马氏体时效不锈钢在1100℃固溶处理后，其基体组织为高密度位错、纤细的板条马氏体，板条间距在0.2μm左右。超细马氏体板条是马氏体时效不锈钢具有超高强度、高塑性、高韧性的重要原因。马氏体时效不锈钢经过510℃时效处理后，其微观组织为纤细的板条马氏体+少量的逆转变奥氏体。逆转变奥氏体沿板条马氏体束之间和周围呈薄片状分布，对改善材料的韧性十分有利。依据钢的化学成分、显微组织参数定量计算了马氏体时效不锈钢的屈服强度，计算结果与实测值符合很好，误差小于5%。计算结果表明采用物理冶金原理、分项计算再相加的方法来得到马氏体时效不锈钢的屈服强度是可行的。