F12(X20CrMoV12.1)耐热合金钢广泛应用于热电厂主蒸汽管线等主要部件。由于材料长期处于高温、高压服役条件下，材料性能退化和失效是不可避免的。通过采用金相组织分析、晶粒尺寸分析、显微硬度分析、扫描电镜、能谱分析、透射电镜等实验手段，研究了经高温时效处理的F12钢和不同服役运行时间的F12钢管的显微组织及力学性能变化。通过高温持久实验，对F12钢进行了寿命预测。 F12钢为马氏体高铬耐热钢。通过对F12钢高温时效处理样品、不同服役运行时间的管线样品和高温持久实验样品的研究发现F12钢在高温下的组织结构的演变和性能劣化的机理。研究表明，温度、应力、时间都对F12钢的热强性有重要影响。F12钢在较高温度下长时间保持或在高温下长期服役，没有发生再结晶现象，证明F12钢在高温下有较高的组织稳定性。在高温及应力的长期联合作用下，晶粒粗化明显，碳化物在晶界和马氏体板条界析出、聚集粗化严重，位错密度降低，形成位错网络，造成亚晶结构，产生晶粒碎化，固溶体与碳化物相之间合金元素重新分配，导致固溶体合金元素贫化。采用测量显微硬度的方法，检验材料性能的变化，从而也验证显微组织结构分析的正确性。分析讨论的结果表明，高温长期时效后F12钢力学性能的劣化是温度、应力、时间等对材料各个结构层次造成退化的综合效应。 通过持久强度实验，外推持久强度极限，进行服役条件下的寿命预测，对寿命预测的可靠性进行了分析。