对9%-12%Cr铁素体耐热钢进行降低C含量、增加Cr含量及添加Co、Mo、W组元的优化调整,经真空感应熔炼炉熔炼并浇注成型,利用差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及电子蠕变试验等分析手段研究了加热温度、冷却速度以及回火等热处理工艺对高Cr铁素体耐热钢显微组织和力学性能的影响,得到如下结论:试验钢加热时在600-1100℃之间依次发生磁性转变、奥氏体形成、M23C6型碳化物溶解和奥氏体向δ-铁素体转变,奥氏体开始形成温度为853℃,空冷或以40℃/min的速度冷却时发生马氏体转变,马氏体开始转变温度为382℃;含铌的MC型碳化物非常稳定,在试验加热温度范围不能完全溶解到奥氏体中。1050℃×1h固溶处理后的扫描电镜显示试验钢组织为典型板条状马氏体,在马氏体板条界及原奥氏体晶界上分布着颗粒状碳化物,以不同冷却速度处理后试样的显微组织显示随着冷却速度的降低,马氏体板条逐渐变粗,碳化物的析出相逐渐增多,并在晶界处发生了聚集长大,X射线衍射分析表明碳化物为M23C6型碳化物,随着冷却速度的增大,硬度呈现逐渐升高的趋势。经过1100℃×1h空冷后的组织为典型板条马氏体和少量δ铁素体,有MX型未溶碳化物NbC分布在基体中。经过1100℃×1h空冷+780℃×2h空冷处理试样的组织为典型回火马氏体,基体中主要析出相为M23C6型碳化物。马氏体-δ铁素体晶界处的碳化物较粗大成连续状分布,马氏体板条界的析出相较细小。经过1100℃×1h空冷+780℃×2h空冷处理后的试验钢具有较高蠕变强度,650℃/200MPa的持久寿命为411.4h,650℃/170MPa的持久寿命为1499.1h,持久性能较NIMS公布的T/P92、P/T122耐热钢有较大提升。