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本文以超超临界汽轮机高中压转子用钢X12CrMoWVNbN10-1-1(X12)以及在X12钢基础上新设计的含Co铁素体耐热钢为研究对象，首先对X12钢的短期蠕变和长期持久性能及组织进行了分析；然后在X12钢的基础上设计了9种新型含Co铁素体耐热钢，提出并采用了一种通过慢速率高温拉伸试验手段来筛选9-12％ Cr铁素体耐热钢的方法，得到了Co和W的最佳调配比例，筛选出了性能较优的新型含Co铁素体耐热钢；并对筛选出的合金进行蠕变性能评估和组织演变研究。由X12钢的短期蠕变数据分析结果表明，X12钢的蠕变曲线具有典型的三段特征，其应力指数n值在6和9之间，对应的蠕变变形机制是位错攀移控制。其在较高应力（180MPa、230MPa和280MPa）下，激活能数值在316.6kJ/mol和571.7k J/mol之间，均高于Fe在a-Fe中自扩散的激活能(239 kJ/mol)。
采用场发射扫描电镜(FESEM)及透射电子显微镜(TEM)分析研究了X12钢蠕变试验前后的组织演变，发现了X12钢中的Laves相在较短时间(200h)内就有析出。主要分布在晶界和板条界（或亚晶界）上的Laves相为含有高密度层错的hcp C14结构，其SAED花样有典型的条纹特征。X12钢中Laves相的早期析出受控于合金成分设计，是合金的本性，与热处理制度的选择关系不大。Laves相的形核和长大动力学方程符合Johnson-Mehl-Avrami关系式，其时间常数n为1.31。在X12钢中观察到了Laves相的两种形核和长大机制：一种是单独分布在晶界上，其与一晶界或板条界共格，然后向相邻的与其没有特殊位向关系的晶粒内生长；另一种是Laves相在毗邻M23C6碳化物处形核，之后Laves相逐渐长大，而其临近的M23C6则保持稳定或者逐渐减小。
对X12钢中Laves相的定量分析表明，温度和时间是影响Laves相平均晶粒尺寸的主要因素，应力和应变对其影响较小。Laves相的平均晶粒尺寸随温度升高和蠕变时间的延长而增大，随应力或应变的增加而略有减小。
X12钢中的Laves相在持久时间10000h内的粗化速率较慢；至约10000 h时其平均晶粒尺寸为207.1nm，因此，可认为此时Laves相对持久强度的综合作用仍是强化作用。
M23C6型碳化物在600℃下长期持久试验(t≤10000 h)后有明显的聚集粗化，且蠕变应变对其有加速作用。MX碳氮化合物则保持稳定。
通过慢速率高温拉伸方法筛选出了两种新型含Co铁素体耐热钢：(1)575℃和600℃下，0.85Mo-1.5W-3.1Co合金；(2)625℃下：0.85Mo-1.5W-3.8Co合金。
蠕变性能评估试验结果表明，600℃和625℃下，0.85Mo-l.5W-3.8Co合金优于0.85Mo-l.5W-3.1Co合金，两者均优于X12钢，而在650℃下则是0.85Mo-1.5W-3.8Co合金蠕变性能最优，其次为X12钢，0.85Mo-1.5W-3.1Co合金则最差。此试验结果与筛选结果基本一致。0.85Mo-1.5W-3.8Co合金的应力指数n为2.54，对应位错粘滞滑移变形机制。0.85Mo-1.5W-3.1Co和0.85Mo-1.5W-3.SCo合金在180MPa作用下的蠕变激活能分别为481.8±108.4kJ/mol和312.1±32.8 kJ/mol，均高于Fe在a-Fe中自扩散的激活能(239 kJ/mol)。
两种新型含Co钢在600℃及650℃下的短期蠕变(≤400h)也观察到了Laves相。其形貌特征及形核和长大机制同X12钢。