ZG1Cr10MoWVNbN耐热合金钢是超超临界汽轮机高、中压气缸、主汽阀等关键部件用钢，在能源日益紧缺的今天，对该材料的研究和开发对于发展超（超）临界发电机组具有十分重要的意义。本文首先采用正交试验方法研究了超超临界汽轮机用耐热钢ZG1Cr10MoWVNbN的热处理工艺，分析了正火温度、保温时间和回火温度三个主要因素对该耐热钢组织和性能的影响规律，对其热处理工艺进行了优化。经过方差分析得出，在1100℃正火保温5h后空冷，然后670℃回火保温5h后随炉冷到300℃以下出炉空冷，得到的综合力学性能为最佳。通过扫描电镜、透射电镜和金相显微镜等试验手段对断口、微观结构和组织进行了观察与分析。研究结果表明，该耐热钢的组织主要为高密度位错的板条马氏体和主要以MC、M₂₃C₆碳化物为主的析出相，其中晶界和马氏体板条界上大量的细小弥散的第二相粒子对位错起到钉扎的阻碍的作用，晶内有弥散的V/Nb碳氮化合物MX（M为金属元素，X为非金属元素C、N等）起到沉淀强化作用，由于第二相的强化和合金元素的固溶强化作用，使得该耐热钢具有很好的强韧性、较高的蠕变强度。通过对冲击断口的宏观和微观分析，确定断裂为准解理断裂，断口形貌为韧窝加准解理，并进行了失效分析。