高效率、高参数的火力发电技术可以实现节能减排,应对全球能源短缺和环境污染问题。因此,高参数的发电技术是我国火力发电大力发展的目标。火电机组工作参数的提高依赖于耐热材料性能的提高。T/P91铁素体耐热钢作为一种广泛应用于超超临界发电机组中的重要材料,具有良好的高温综合力学性能。然而,国内外研究主要集中在T/P91钢蠕变过程中的显微组织特征、强化相的演变以及它们与蠕变性能的关系上,关于杂质元素和稀土元素对于T/P91钢蠕变性能影响没有给予足够的关注。锡、锑是两种常见的杂质元素,在炼钢中难以除尽并且容易在废钢的循环利用中富集,它们易于发生晶界偏聚从而对钢的机械性能造成不利影响。在T/P91钢蠕变过程中,杂质元素的偏聚规律如何,对钢的蠕变性能有何影响,目前还不清楚。此外,关于稀土元素以及稀土元素与杂质元素在T/P91钢中共存时对其蠕变性能的影响也很少。因此,我们对添加杂质元素锡锑和稀土元素铈的T/P91钢的蠕变性能进行深入研究和探讨。本文以不添加和单独添加杂质元素锡、锑、稀土元素铈以及联合添加锑和铈的T/P91超超临界铁素体耐热钢作为研究对象,进行一系列高温蠕变实验。通过对蠕变实验结果的分析、建立蠕变本构方程,再结合金相分析、场发射枪扫描透射电子显微术微观化学分析(FEGSTEM-EDS)和场发射枪扫描电子显微术断口分析(FEGSEM)和光学显微分析等现代材料分析技术,系统研究杂质元素锡、锑以及稀土元素铈对T/P91钢蠕变性能的影响和作用机制。锡和锑降低了T/P91钢的蠕变门槛应力和蠕变表观激活能,对蠕变应力指数影响不大;添加锡和锑T/P91钢的蠕变损伤容限低于纯钢,表现为对应力集中更敏感,更容易形成蠕变空洞。晶界成分分析结果显示,锡和锑在T/P91钢晶界处偏聚,导致晶界结合力下降,提供了更多蠕变空洞形核位并加快了蠕变空洞的长大合并,从而加速了T/P91钢蠕变过程中微观组织的劣化进程,降低了其蠕变性能,与锡元素相比,锑元素更倾向于在晶界处偏聚,其蠕变激活能也更低。添加铈元素的T/P91钢蠕变性能得到明显提升,其蠕变激活能、门槛应力和应力指数均高于纯T/P91钢。通过蠕变前后的微观组织表征分析,发现铈元素抑制T/P91钢蠕变过程中的马氏体组织的粗化以及细小碳化物的长大;铈原子还在晶界处大量偏聚,提高晶界了结合力,减少了蠕变空洞的形成。通过以上两个方面铈元素减缓了T/P91钢蠕变过程中微观组织劣化的进程,从而提高蠕变性能。联合添加稀土元素铈和杂质元素锑的T/P91钢比只添加锑的钢蠕变性能得到明显提升,蠕变断裂后试样的蠕变空洞大幅减少。晶界成分分析显示铈和锑均在晶界处大量偏聚,但是铈抑制了锑在蠕变过程中的进一步偏聚,并且在铈与锑同时在晶界偏聚时,锑元素的有害作用被铈元素的有益作用所抑制,再加上铈元素对蠕变过程中微观组织的稳定作用,T/P91钢的蠕变性能得到明显改善。不同温度下T/P91钢的蠕变行为均符合幂律蠕变,并且稳态蠕变应力指数随温度变化。将稳态蠕变应力指数随温度的变化关系引入幂律关系,建立了一个预测一定温度和应力下稳态蠕变速率的公式,在温度相对较高时,该公式可以比较准确地预测蠕变寿命,在工程应用中具有重要意义。