为了满足火力发电、能源化工等基础领域内对运行设备的高参数需求,高铬耐热钢因其优异的高温持久强度、抗高温氧化性能、较高的热导率、较低的热膨胀系数等综合性能,而被广泛应用于上述设备中的高温过热器、再热器、高温集箱和蒸汽管道等关键结构。在长达数十年的高温、高压共同作用下,这些服役构件将不可避免地发生蠕变现象与性能劣化,并将严重威胁到设备的安全可靠运行。因此,对于高铬耐热钢蠕变行为的系统研究以及长时蠕变寿命的精准预测就显得尤为必要。本文以9Cr-1Mo（P91）回火马氏体耐热钢为研究对象,结合一系列蠕变试验深入分析其在高温蠕变过程中的变形行为;借助多种表征手段,系统考察析出相、位错、亚结构等多种微观组织在蠕变过程中的演化机制。在此基础上,从微观组织演化的视角建立蠕变寿命的评估模型,以实现对P91耐热钢长时蠕变寿命的精准预测。开展的具体研究内容与取得的主要结论如下:（1）通过高温单轴拉伸试验,测得P91钢在本文所研究的580、600和620℃下相关力学性能;分别在不同温度下相应的应力水平附近进行高温持久蠕变试验,以获得三个温度条件下不同应力水平的P91钢完整蠕变曲线;采用一系列的间断蠕变试验以制备给定条件下的不同蠕变状态试样。在此基础上,通过对蠕变三个阶段（减速阶段、稳态阶段和加速阶段）变形与断裂行为的深入分析,揭示了P91钢的蠕变变形机制及其损伤控制因素。结果表明,在本文所选取的蠕变条件下P91钢蠕变变形与其内部的位错运动紧密相关,同时其蠕变损伤主要来源于材料内部的微观组织劣化。（2）借助光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射技术以及透射电镜等多种表征手段,对上述试验制备的P91钢试样在高温蠕变过程中多种微观组织(诸如析出相-M₂₃C₆碳化物与MX碳氮化物、亚结构等)的演化行为进行了系统考察。结果显示,具有多尺度特点的P91钢原始回火马氏体组织在蠕变过程中的变化具有明显的多样性。例如,具有较高热稳定性的MX碳氮化物在短时蠕变过程中尺寸与分布未发生明显变化。相比之下,分布在不同界面上的M₂₃C₆碳化物以及马氏体亚结构均发生了明显粗化现象。同时,在等温条件下随着应力水平的降低与蠕变时间的延长,这些碳化物和亚结构的粗化现象也愈发显著。此外,在本文蠕变条件下P91钢的断裂形式为典型的韧性断裂。（3）结合X射线衍射、显微硬度以及纵波超声等检测方法,对上述间断蠕变试验制备的具有不同损伤状态的P91钢试样进行了多角度的参数化表征。利用X射线衍射方法,结合半高宽参数和Williamson-Hall（W-H）模型定量分析了蠕变过程中的可动位错密度变化情况;通过显微硬度测量,探讨了蠕变过程中维氏显微硬度的变化规律;采用纵波超声测量技术,考察了超声衰减系数和声速等参量与蠕变寿命分数之间的相关性。结果发现,可动位错密度在整个蠕变过程中呈现单调下降趋势,特别是在蠕变初始阶段快速下降之后基本保持不变直至蠕变断裂;维氏显微硬度在蠕变过程中呈现单调下降趋势;超声衰减系数在整个蠕变过程中呈现先增大后减小又增大的非单调性规律,而声速的变化则在加速阶段较为显著。进一步结合上述微观组织演化行为的分析可知,所选参量在蠕变初始阶段的显著变化与P91钢位错的演化行为密切相关;在蠕变稳态和加速阶段的变化现象源于M₂₃C₆碳化物和亚结构的粗化行为。（4）在上述实验结果与理论分析的基础上,从蠕变过程中微观组织演化的视角出发,分别建立了基于MG（Monkman-Grant,MG）方程与析出相粗化理论的长时蠕变寿命预测模型和基于物理本质的连续介质损伤力学（Continuum damage mechanics,CDM）模型。其中,相比于传统幂律本构方程而言,本文中的预测模型通过借助内应力参量而量化了析出相与位错之间的交互作用;同时,在CDM模型中通过引入多个损伤因子而综合考虑了位错、析出相等多种微观组织和加工硬化现象对蠕变过程的影响。通过利用已有数据和数值计算,结果表明上述两种模型均可以有效预测P91钢的长时蠕变寿命。相比之下,CDM模型是从揭示蠕变现象发生的物理本质出发,以量化完整的蠕变过程。因此,对基于CDM模型的高温耐热钢长时蠕变寿命预测方法研究,在理论分析和工程应用中均具有较大潜力。