P91钢因优异的高温综合性能而被广泛应用于超（超）临界机组的主蒸汽和再热蒸汽管道等高温承压部件。自1987年开始引进至今的首批国产P91钢在超临界机组服役超50000小时,P91钢在我国已有30余年的使用历史。但与进口P91钢相比,国产P91钢因受冶炼、制管及热处理工艺的影响,仍存在组织性能不均匀和高温长期服役数据欠缺等问题。因此,研究国产P91钢在长期服役过程中的组织性能演变规律,既可为我国综合评定国产P91钢管的质量提供技术支撑,也可为我国高参数、大容量超（超）临界机组的安全运行提供有力保障。本文采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、布氏硬度计、夏比冲击试验机及万能试验机等仪器对国内某电厂主蒸汽管道用首批国产P91钢原始态、在571℃、25.4MPa水蒸气下服役五万小时以及再经650℃加速热时效500小时的微观组织、力学性能以及断裂机理进行研究,得出了以下主要研究结果:国产与进口P91钢原始态的显微组织均由回火板条马氏体加细小的位于板条界和原奥氏体晶界的M23C6及位于板条内的MX碳化物组成,进口P91钢组织中M23C6颗粒尺寸略小于国产钢。在力学性能和断裂机理方面,除了进口P91钢的冲击功大于国产钢外,两者的布氏硬度、拉伸力学性能和微型杯突力学性能相差很小,其拉伸、冲击和微型杯突断裂机理均为典型的韧性断裂。服役五万小时后,国产P91钢组织中的板条马氏体尺寸变宽,亚晶块数量增多,M23C6颗粒发生粗化,且在板条界处有尺寸较大的Laves相析出,而MX相尺寸和分布变化不大;布氏硬度、微型杯突力学性能、冲击韧性、室温和高温拉伸力学性能均较服役前呈现不同程度的下降,但其夏比冲击、室高温拉伸以及微型杯突断裂机制仍保持韧性断裂,只是韧窝深度变浅、尺寸变小。服役五万小时后的国产P91钢在650℃加速热时效500h过程中,即总计等价服役20.2年后,组织中原奥氏体晶界及马氏体板条内不断,期间有M23C6小颗粒析出并发生聚集长大,组织中板条马氏体界附近已有的M23C6颗粒尺寸继续增大,最后发生球化,Laves相通过蚕食M23C6颗粒持续长大,而MX相的尺寸略有长大;微型杯突力学性能下降,力学性能参数布氏硬度进一步降低,并接近国标的下限要求;微型杯突断裂方式仍表现为以大量韧窝和撕裂棱为特征的韧性断裂。