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针对在石油化工装置中的转化炉和裂解炉使用的传统材料HP40合金易受到高温氧化和过热引起的蠕变断裂等问题进行了研究。通过微量合金化的方法来尝试解决以上问题。研究了在合金中加入不同含量的强碳化物元素Nb和提高合金抗氧化性能的元素Al的HP40合金的抗氧化性能和持久性能。目标是提高合金的高温力学性能，从而实现延长该材料的使用寿命。本论文的合金是在真空感应炉中熔炼的。利用金相显微镜和扫描电镜对加入不同质量分数的Nb和Al的HP40合金钢的铸态和固溶+时效处理后的组织进行分析。实验结果分析如下：发现Nb和Al的加入有利于改变晶界析出相形态和分布，同时对晶界也起到强化或弱化的作用。在1180℃固溶处理+980℃时效50h后，晶界上的M7C3型碳化物向M23C6型碳化物转变，骨架状碳化物退化，晶内有大量MC型、M23C6型二次碳化物出现。且含0.8%Nb的合金的碳化物细小呈颗粒状。随着Nb含量的提高，基体中出现了块状的碳化物，降低了合金的持久性能。而3%Al的加入没有改变晶界碳化物的析出类型，Al主要固溶于基体中,并未析出其它沉淀强化相。研究了加入不同合金元素的HP40合金在1150℃的合金的高温抗氧化性能，发现加Al的合金抗氧化性能显著提高，是由于在合金表面形成了一层致密的氧化膜Al2O3。而未含稀土的HP40合金表面是氧化膜主要是Cr2O3，在高温下不稳定易分解，且在长时间的氧化实验后发现表面的氧化膜有脱落的现象，且从宏观上看出表面有微小的蚀坑，导致合金的抗氧化性能下降。而后研究了在900℃，90MPa下的持久性能。结果表明，含Nb为0.8%的合金服役时具有相对较长的持久寿命，经显微组织观察发现其奥氏体晶粒尺寸相对较大，晶界面积小。并且持久断裂具有韧性断裂特征。最后采用透射电镜的电子衍射花样和X射线能谱进行分析对合金的中的碳化物的形态和成分进行了分析，发现在晶界上分布着NbC和Y的碳化物，它们在凝固时会首先以最稳定的碳化物析出，为随后的Cr的碳化物析出提供了形核点，并减少了共晶Cr的网状碳化物的连续性,从而达到了提高高温力学性能的目的。且通过衍射斑点计算出了NbC和M23C6的晶带轴分别为[1-10][-110]。