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随着我国火力发电技术的高速发展以及火电机组运行参数的不断提高，新型奥氏体以及铁素体耐热钢的应用越来越广泛。它们的运行状态是影响机组效率和可靠性的主要因素之一。一般地，服役态超(超)临界(USC)火电机组中耐热钢管的结构与性能的变化规律研究都是通过高温加速人工时效实验来进行的，但时效态与服役态钢管的结构损伤程度是否吻合尚缺乏验证。因此有必要对相同Larson-Miller参数(P函数)下的服役态及时效态钢管的结构与性能进行对比研究。另外，在大量实验数据的基础上，通过建立耐热钢硬度与P函数之间的关系，开展USC机组服役态耐热钢运行状态评估，具有重要的价值。针对USC机组中590℃服役20000h及与其具有相同P函数值的650℃时效1100h的HR3C、Super304H管材，开展显微组织结构老化及力学性能衰减的对比研究，确认服役态及时效态HR3C、Super304H钢管的结构损伤程度是否吻合。针对HR3C、T92两种典型USC机组耐热钢分别在650-700℃进行高温时效实验,研究时效过程中显微组织结构和硬度的变化规律,建立硬度与P函数间关系数学模型，并验证模型的可靠性。服役态HR3C、Super304H钢管内侧的显微组织结构和力学性能与时效态基本相同；然而，服役态钢管外侧的结构损伤程度比时效态更严重，导致其力学性能低于时效态。服役环境的不同导致服役态HR3C、Super304H钢管的内外侧显微组织结构产生差异。因此，基于Larson-Miller参数的人工时效方法只能在一定条件下模拟USC机组中耐热钢管的结构老化。HR3C、T92两种耐热钢的硬度均随时效温度升高显著降低；温度不变，随着时效时间的延长，HR3C耐热钢的硬度先增加后减小，而T92钢硬度单调下降，最后都趋于稳定。孪晶界消失以及晶界与晶内第二相的析出、长大是导致时效过程中两种耐热钢硬度变化的主要原因。采用线性拟合的方法，得到了时效耐热钢硬度与其P函数的关系模型。基于相同的P函数，计算所得时效钢硬度与测量的硬度吻合，该模型可用于服役耐热钢管服役寿命预测。