600℃超超临界发电技术是世界范围内先进的燃煤火力发电技术。开发更高温度等级的超超临界发电技术对实现我国“节能减排”和“双碳”目标具有重要战略意义。为此需要研制高温力学性能更为良好的耐热材料作为结构保障。本文在9Cr马氏体耐热钢的基础上,设计制备了一种新型的高N（0.3 wt.%）马氏体耐热铸钢,优化热处理工艺,解析相变过程和强化机理并探究其在持久应力下的组织演化行为,为新型马氏体耐热钢的研发提供理论基础。基于Thermo-calc模拟相图以及DTA实测结果,制定了均质化-正火-回火的多种热处理工艺路线。随着均质化和正火温度的上升,高N马氏体耐热铸钢的微观组织由完全的板条马氏体组织转变为板条马氏体和δ-铁素体的双相组织;回火温度仅对板条宽度产生影响,随着回火温度的升高,板条逐渐拓宽。最终制定了均质化1030℃-正火1050℃-回火760℃的热处理工艺。TEM结果表明优化工艺下的组织由细小的回火马氏体和M2N相、MN相、Laves相和μ相强化相组成,板条宽度为220 nm,位错密度为1.82±0.1×1014/m~2。高N马氏体耐热铸钢在650℃的极限抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率分别为409 MPa、295 MPa、30.2%和76%;其在650℃,140 MPa、155 MPa、160 MPa和170 MPa条件下的持久断裂时间分别为2425 h、986 h、787 h和601h;同时预测了蠕变寿命,其在650℃、81.4 MPa,620℃、111.5 MPa和600℃、139.8 MPa的条件下可达到100,000 h的目标寿命。在高温持久过程中,回火马氏体显著变形,并且动态再结晶晶粒和原有结构受应变诱导边界迁移机制而生长。随着持久应力的提高,动态再结晶程度增大,当应力超过155 MPa时,高角晶界的比例明显增加。在低应力条件下,大量的马氏体板条被保留,延缓持久损伤;在高应力条件下,作为不规则位错网结构的马氏体板条发生回复,形成高角的马氏体块和马氏体束,造成位错密度的降低,从而导致强度退化。同时,在持久应力的作用下,独立形核的Laves相发生粗化,并相互聚结呈链状。相比之下,MN型析出相表现出强热稳定性。细小的MN相一方面有效地钉扎边界和位错;另一方面成为部分Laves相形核的核心,限制了Laves相的生长。由此,新型高氮马氏体耐热铸钢表现出了比T/P91、T/P92以及CB2耐热钢更为良好的高温力学性能。