改进型9Cr-1Mo马氏体耐热钢因其优异的高温蠕变性能、抗腐蚀、抗氧化性等优点已经成为新一代超超临界发电机组汽轮机转子的首选材料。转子作为大厚度构件,在连接方面窄间隙焊接技术已成功应用于该构件的焊接。根据该类焊接接头的服役条件要求,其高温组织稳定性和蠕变行为成为决定焊接接头安全可靠运行的关键指标。故本文以改进型9Cr-1Mo耐热钢多层双道窄间隙焊接接头为研究对象,系统开展焊接接头微观组织、高温时效组织稳定性和蠕变过程组织演变规律等方面的研究,阐明高温状态下马氏体耐热钢析出相的粗化机制,明晰不同条件下9Cr-1Mo耐热钢焊接接头的蠕变损伤模式,揭示蠕变损伤与组织演变之间的内在关联机制。本文的研究成果有助于深入理解9Cr-1Mo马氏体耐热钢焊接接头高温组织稳定性及蠕变过程组织损伤及演化行为,为转子焊接接头的设计及服役过程提供技术指导和理论依据。论文首先对9Cr-1Mo多层多道焊接接头显微组织进行了系统表征。整个焊接接头由焊缝区、粗晶区、细晶区、过回火区和母材区组成。在焊缝中心等轴晶区晶粒间存在由尺寸为2-5μm的细小晶粒组成的带状组织。10Cr1Mo侧粗晶区内高温铁素体发生溶解,这是由于此处较高温度的焊接热循环造成的,且高温铁素体内的Cr、Mo、W等合金元素会向周围基体扩散,为析出相长大粗化提供元素。EBSD结果表明,晶粒之间的先析奥氏体晶界多为15°-60°的大角度晶界,而2°-15°的小角度晶界主要出现在晶粒内部马氏板条亚晶界处。其次,在不同温度和时间条件下对焊接接头进行时效,研究微观组织变化规律及其与冲击韧性内在关联。发现时效后焊缝区硬度大幅提升,焊缝的韧性在时效初期出现明显下降,随时间延长略有回升并趋于稳定。10Cr1Mo和焊缝区晶界上的析出相持续粗化并形成链状结构。9Cr1Mo B侧晶界析出相出现粗化现象,同时亚晶界上形成细小析出相,最终在晶界和亚晶界上形成弥散析出相。时效过程中晶界和析出相对位错运动的阻碍引起局部元素富集和界面能增加,从而造成M23C6碳化物粗化和Laves相的形核长大。M23C6碳化物粗化过程中Cr元素含量下降,这是由于Fe元素取代Cr元素导致的。透射电子显微镜（TEM）表征发现Laves相优先在M23C6碳化物周围和高角度晶界处形核,并通过晶界扩散的方式长大。最后,对焊接接头进行了蠕变试验,分析在不同条件下接头断裂行为及其组织演变规律,阐明组织演变与蠕变损伤之间的内在关联机制。蠕变过程中析出相粗化速率大于时效表明蠕变过程中应力诱发位错定向运动,从而加剧了析出相的粗化。在相对低水平温度和高水平应力条件下,基体中位错以定向滑移为主,蠕变断裂发生在接头过回火区,断口呈杯锥状。在相对较高水平温度条件下,基体中位错以自由位错为主,裂纹在焊缝中心等轴晶区带状组织处萌生,最终形成波浪形断口。在以位错滑移为主要损伤机制的蠕变过程中,断裂发生于最易塑性变形的位置;在以自由位错运动为主要损伤机制的蠕变过程中,自由位错运动受到先析奥氏体晶界和原始析出相阻碍,引起晶界上析出相粗化和蠕变孔洞的形核长大。此时蠕变破坏主要发生在接头中晶粒尺寸最为细小的区域。