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P92耐热钢是日本在二十世纪八十年代后期以P91耐热钢为基础,通过提高W含量、减少Mo含量开发出来的新型铁素体耐热钢。通过固溶强化、位错强化以及析出相强化等强化方式使P92耐热钢具有优异的耐高温、抗氧化及长期高温持久性能,除此之外,它还有优良的焊接性、导热性及加工工艺性能,在600℃以上的高温环境下,其具有比P91耐热钢更优异的抗蠕变性和热稳定性。在蒸汽参数不断提高的火电机组中,它的大范围应用势在必行。国产P92耐热钢在经长期服役后性能远不如进口的优良,为加快国产P92钢大批量应用于工业生产的步伐,本文开展了如下研究工作,取得的主要结果如下:(1)根据各合金元素的作用以及以获得马氏体组织为前提,设计了 P92耐热钢的化学成分,在此基础上对实验钢进行了一系列的研究。实验钢连续加热、冷却过程中相变行为研究表明:随着加热速率的增加,相变点Acl、Ac3不断升高且奥氏体相变速率也不断提高;随着冷却速率的增加,相变点Ms及Mf逐渐降低且室温均能得到马氏体组织并绘制了 CCT曲线。制定了合适的轧制、热处理方案并得到经1060℃ X 130min正火+760℃ X 120min回火热处理后的实验钢具有最优的综合力学性能。(2)通过扫描电镜、电子探针及透射电镜等仪器对实验钢进行微观组织观察,P92耐热钢室温组织为板条马氏体结构,在马氏体板条界分布着粗大的棒状析出相M23C6(含Cr碳化物),在马氏体板条内部则弥散分布着细小的小圆颗粒状析出相MX(V和Nb的碳氮化物)。(3)利用热模拟机对1060℃× 130min正火+760℃× 120min回火热处理后实验钢进行高温拉伸,结果表明在600℃-700℃下不发生再结晶行为,在900℃-1100℃有动态再结晶发生。在拉伸实验机上对实验钢进行200℃-650℃下的高温拉伸实验,得到的力学性能结果均优于GB5310-2008及ASME CODE CASE 2179的规定值;实验钢在600℃及650℃高温下氧化膜分析可知,其表面在氧化初期均会生成一层致密的氧化膜,该氧化膜是主要由元素Fe、Cr、Mn组成的颗粒状氧化物组成。(4)经1060℃× 130min正火+760℃× 120min回火热处理后的实验钢在650℃下分别进行了 25h、50h、100h、150h、240h的时效处理,结果表明:在0-240h的时效过程中,实验钢强度在一个微小的范围内波动,这是固溶强化、位错强化及析出强化共同作用的结果。时效后实验钢的马氏体板条有所宽化,位错密度也有一定程度的减少;时效后实验钢中的析出相与原始态相似,主要有两种,一种是以非均匀形核形成粗大的棒状析出相M23C6(含Cr碳化物),其主要沿马氏体板条界分布。与原始态相比,经240h时效后该析出相尺寸发生明显偏聚长大,但数量有所减少,因此随时效时间的增加,该析出相对实验钢的钉扎作用会逐渐减小;另一种是小圆颗粒状析出相MX(V和Nb的碳氮化物),它弥散分布于马氏体板条内部,经240h时效后该析出相的成分、数量、尺寸与原始态相比无明显变化,说明该析出相具有良好的长期稳定性。