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利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和持久性能测试等手段研究了两种超低碳含量的试验钢在650℃长期时效过程中的显微组织演变行为及热稳定性,并与P92钢作比较。结果表明：经1100℃×1h正火和700℃×1h+750℃×1h两阶段回火处理后,超低碳试验钢的显微组织为板条状回火马氏体。两种超低碳试验钢回火后出现M3B2粒子和MX相,其中高钨低钼的试验钢M3B2粒子数目小于低钨高钼的试验钢。由于碳含量很低,没有M23C6型碳化物的析出。两种超低碳试验钢在650℃下时效过程中析出Laves相,数量先增后减。Laves相的密度分别在时效6000h和3000h达到最大值。时效3000h时,两种低碳试验钢中有z相的析出,这可能跟碳含量低及试验钢含有钴元素有关。P92钢经1080℃×1h正火+780℃×2h回火处理后主要析出相为M23C6。在650℃长期时效条件下,M23C6型碳化物的晶格常数随时效时间的延长逐渐增大,时效7944h后达到最大。Fe2W型Laves相沿原奥氏体晶界和板条界析出。时效10000h后未检测到有z相析出。EBSD分析可知,两种超低碳试验钢和P92钢在时效前和时效3000h后均存在残余奥氏体,且三种钢板条取向差中绝大部分为小角度晶界。低钨高钼的试验钢时效后特征取向差角60°出现频率变为零。高钨低钼的试验钢时效后在600左右出现频率变小,说明两种低碳试验钢时效后原始马氏体板条块界面向其它角度晶界转变,板条亚结构处于不稳定状态。P92钢在时效后马氏体板条块界面的特征取向差角60°左右出现频率不变,板条亚结构组织稳定性较好。超低碳含钴试验钢由于Z相和M3B2相的析出导致高温强度退化速度快于P92钢。低钨高钼的试验钢高温强度退化速度快于高钨低钼的试验钢。