目前,我国能源结构仍以火力发电为主,火力发电避免不了对化石能源的消耗。然而化石能源的消耗往往会带来环境污染问题,并且热效率也较低下。超超临界（USC）发电技术以其高热效率、低污染的优势在国内外得到了广泛的应用。为了进一步提高机组的热效率,蒸汽温度和压力需不断提高,这种更加恶劣的服役环境对机组所用材料提出了更苛刻的要求。HR3C钢作为商用奥氏体型耐热钢中的一种,因具有较高的蠕变强度、优异的抗氧化性能和很强的经济性,被广泛应用于电站锅炉的过热器和再热器中。但是由于晶界M23C6的粗化和σ相的析出会引起HR3C钢的冲击吸收能明显降低,表现出脆化倾向,进而导致机组的爆管事故时有发生,对火电机组的安全运行埋下巨大隐患。本文从成分优化的角度出发,以商用HR3C钢为原料,使用真空感应熔炉对钢中的铌和碳的含量分别在0.5%～1.1%和0.04%～0.08%范围内进行调整,依次采用热轧、均匀化退火和固溶处理的方法制备试样,最后对HR3C钢在750℃下时效0h～2000h过程中的显微组织演变进行了表征。试验使用SEM、EPMA和XRD等技术对比分析了铌、碳含量对HR3C钢中的重要析出相MX相、M23C6和σ相析出行为的影响,统计分析了铌、碳含量对晶粒尺寸的影响,测试了时效过程中试样硬度的变化。研究结果表明,当HR3C钢的碳含量在0.04%～0.08%和铌含量在0.5%～1.1%范围内调整时,铌和碳含量的提高均会增加试样中的初生MX相（或Z相）的含量使晶粒细化。当碳含量较高时,时效的中前期的晶界和晶内的析出相以M23C6为主,在时效后期铌含量的增加会使σ相开始析出的时间提前。当碳含量较低时,σ相开始析出的时间被提前至100h以内,而且铌含量的提高会使晶界σ相快速粗化的时间节点提前。此外在高碳试样中,铌含量的提高还会促进次生MX相在晶内的析出。当碳含量较高时,0.5Nb-HC试样在时效过程中的硬度增呈不断增加的趋势,而0.8Nb-HC和1.1Nb-HC试样的硬度均出现了先增加后降低然后趋于稳定的趋势,其中0.8Nb-HC在时效0h～100h的过程中硬度增加最快。当碳含量较低时,试样硬度整体呈增加趋势,随着铌含量的提高,在时效100h时硬度呈增加趋势,但是0.8Nb-LC试样在时效至500h时硬度出现了明显降低的现象。