本文以Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.3Fe（N1）和Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe（N2）两种不同Nb含量的锆合金为研究对象,以透射电子显微镜（TEM）为主要研究手段,并结合透射菊池衍射（TKD）、三维原子探针（3DAP）和原位透射电镜（In-situ TEM）等分析技术,系统研究了冷却速率对锆合金微观组织及第二相析出行为的影响规律;进一步分析了时效温度对N1和N2合金中第二相长大行为及相结构演变规律的影响;并以时效10 h的样品为例,探讨了Nb元素过饱和固溶及含Nb析出相结构对Zr-Sn-Nb合金腐蚀性能的影响机制。N1和N2合金β相固溶后水冷（WC）、液氮冷（LNC）、空冷（AC）和炉冷（FC）样品的组织分别为典型马氏体、Basket-weave魏氏体、Parallel-plate魏氏体和Lenticular组织,其组织结构特征主要受冷却速率控制。Nb元素能够稳定β+ω和β相（Fe和Nb元素低于10 at.%）,高Nb的N1合金WC、LNC和AC样品内都析出β+ω或β相,低Nb的N2合金仅在WC样品中析出β+ω相,LNC和AC样品析出Zr2Fe和Zr3Fe。FC促使N1和N2合金中β-Zr（Nb含量超过20 at.%）和Zr（Nb,Fe）2相析出,但N2合金同时还析出Zr2Fe相。此外,在N1合金的WC样品内发现大量{10（?）1}压缩孪晶（马氏体孪晶）,并首次采用TKD结合HRTEM精细表征了孪晶界面及孪晶尖端的BPy和PyB台阶结构;而在晶间残余热应力作用下,N1和N2合金的FC样品内都形成{10（?）2}拉伸孪晶。时效过程中第二相的析出行为受冷却速率、时效温度和Nb元素含量的综合影响。N1合金在580°C（低于偏析温度）时效过程中,WC态样品中第二相以Zr3Fe为过渡相,后期析出Zr（Nb,Fe）2和（Zr,Nb）2Fe;LNC和AC态样品中Zr2Fe为过渡相,后期析出Zr（Nb,Fe）2;FC态样品中β-Zr发生缓慢分解,但时效100 h分解仍未完成,第二相仍为β-Zr和Zr（Nb,Fe）2。在650°C（高于偏析温度）时效过程中,N1合金四种不同冷却速率样品内均发生偏析反应并析出β-Zr（Nb含量约为13 at.%）,时效后期WC、LNC和AC态样品中析出的第二相均为β-Zr、Zr（Nb,Fe）2和（Zr,Nb）2Fe相,偏析反应在LNC和AC态样品中10 min内即发生,而在WC态样品中被大幅度延迟;时效后期FC态样品中析出的第二相依旧为β-Zr和Zr（Nb,Fe）2,但是β-Zr的成分发生变化。N2合金在580°C时效过程中,WC态样品中先析出Zr3Fe相,而后析出Zr（Nb,Fe）2和（Zr,Nb）2Fe相;LNC和AC态样品在Zr2Fe和Zr3Fe相的基础上继续析出Zr（Nb,Fe）2和（Zr,Nb）2Fe相;时效后期FC态样品内的β-Zr完全分解,样品内仅存在Zr2Fe和Zr（Nb,Fe）2相。在650°C时效过程中,WC态样品第二相析出规律和580°C时效时一致;时效后期LNC和AC态样品内的Zr2Fe消失,仅存Zr3Fe和Zr（Nb,Fe）2相;时效初期FC态样品发生偏析反应,使β-Zr成分发生变化,时效后期β-Zr完全分解,Zr2Fe转变为Zr3Fe,样品中第二相为Zr3Fe、Zr（Nb,Fe）2和（Zr,Nb）2Fe相。对N1合金WC态样品时效过程中第二相析出行为进行了In-situ TEM观察发现,β+ω极不稳定,时效初期转变为富含Fe的α’,而后析出Zr3Fe。对时效初期的N2合金WC态样品进行3DAP分析发现,Fe元素在晶界处偏聚,晶界附近存在Zr3Fe、Zr（Nb,Fe）2和Zr3（Fe,Si）。时效初期Nb和Fe元素在{10（?）0}孪晶界面析出,所形成第二相的晶格和孪晶界两侧的α-Zr基体呈完全共格关系;时效后期孪晶界面被吞并,原界面处第二相和α-Zr基体的共格关系消失。在上述冷却速率及时效温度对由Nb含量决定的析出行为及相转变特性影响规律研究的基础上,进一步开展N1和N2合金在400°C/10.3 MPa过热蒸汽环境下的腐蚀性能测试,结果表明相同热处理条件下N2合金（低Nb）耐腐蚀性能明显优于N1合金（高Nb）。冷却速率和时效温度能改变N1合金α-Zr基体内过饱和固溶Nb元素的含量,这是引起N1合金不同状态样品腐蚀性能存在显著差异的主要原因;相比于Zr（Nb,Fe）2,（Zr,Nb）2Fe的析出对腐蚀性能更为有利。而非过饱和固溶的低Nb合金的腐蚀性能主要取决于样品中第二相的种类,其次取决于第二相的尺寸。腐蚀过程中,Zr（Nb,Fe）2中的Fe元素向基体内扩散,致使其逐渐非晶化。