为了能使电力发展和环境保护同时得到共存和发展,发展大容量发电机组刻不容缓,关键是耐热材料是否满足电力行业锅炉所需承受的高温和高压。P91耐热钢的出现解决了这一问题,其优良的性能使得电力行业的发展产生了质的飞跃。但P91耐热钢在热加工(热处理、焊接)过程中可能出现的δ-铁素体组织会影响材料的性能。本文研究了直接升温、不同热处理工艺和不同TIG工艺条件下,P91耐热钢中δ-铁素体转变、形态和体积分数,及其对材料性能的影响。为工程实际应用中解决P91耐热钢中δ-铁素体问题提供了理论基础,也对热处理工艺和焊接工艺的优化提供了借鉴。首先利用激光共聚焦显微镜原位观察钢P91升温过程中的固态相变,直接观测得出升温过程中铁素体(α)到奥氏体(γ)以及奥氏体(γ)到高温铁素体(δ)的金相组织转变过程以及相变温度,观察δ-铁素体在升温和降温中组织的转变,为后面热处理工艺参数提供借鉴。其次,通过制定热处理工艺来研究不同热处理温度下获得的δ-铁素体组织,主要分析了不同正火温度对P91钢中δ-铁素体含量的影响,试样显微组织经Vilella试剂腐蚀显示在金相显微镜(OM)中呈现亮白色,并且呈现块状多边形形貌,而随着正火温度的升高δ-铁素体体积分数增加,其中δ-铁素体中的铁素体形成元素Cr、Si含量稍高于马氏体基体,奥氏体形成元素Mn稍低于马氏体,试样性能测试中发现δ-铁素体对P91韧性影响很大,随着δ-铁素体体积分数的增加P91冲击韧性下降,断口形貌从韧脆混合断裂转变为脆性断裂,δ-铁素体组织的出现造成P91钢的选择性腐蚀,随着δ-铁素体体积分数增加,P91钢的耐腐蚀性降低。最后,通过焊接工艺来研究P91钢中的δ-铁素体,以TIG焊为焊接热源来改变焊接过程中的热输入,结果表明,随着热输入的增加δ-铁素体含量先增多随后趋于稳定,δ-铁素体分布不均匀,呈多边形分布于热影响区,以及少量呈条状分布于焊缝,显微维氏硬度计下亮白色多边形δ-铁素体显微硬度均值为235HV0.2,马氏体均值为373HV0.2,δ-铁素体含量对接头冲击韧性也有显著影响,随着δ-铁素体含量增多,接头的冲击韧性下降,冲击断口形貌从韧/脆混合断裂转变为脆性断裂,从断口纵截面处的裂纹扩展形貌可见裂纹主要在马氏体和δ-铁素体的界面处产生,并沿多边形δ-铁素体一边向材料内部扩展。