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高铝FeCrAl不锈钢具有优良的抗高温氧化性能,在汽车尾气净化器金属载体材料领域有重要的应用价值。在实际生产过程中,高铝FeCrAl不锈钢面临凝固成形调控困难以及锻造轧制开裂等问题,严重影响产品的成材率而导致生产成本提高。本文围绕高铝FeCrAl不锈钢凝固特性及高温力学性能开展基础研究,主要工作和结果从以下几个方面具体阐述。(1)凝固过程晶体生长研究借助定向凝固实验方法,并结合晶体生长相关理论,研究高铝FeCrAl不锈钢凝固过程晶体生长规律和机理。结果表明,Al含量一定程度影响晶体间距,通过分析影响晶体间距的主要因素,发现Al含量对晶体间距的影响主要源于凝固温度区间的变化。Al含量对胞晶向枝晶转变过程的临界凝固速率影响不明显,但高A1含量明显降低枝晶向胞晶转变过程的临界凝固速率。高Al含量减小晶体生长的凝固距离,不利于枝晶稳定生长。(2)凝固组织及夹杂物研究基于高铝FeCrAl不锈钢凝固组织特征分析,并结合X射线衍射物相测定,研究粗大晶粒成因。结果表明,高A1含量增大晶格常数并促进固相中的原子扩散和晶粒粗化。高温物相测定证实凝固过程没有铁素体和奥氏体相变,凝固组织缺少晶型转变带来的晶粒细化作用。采用扫描电镜和X射线能谱仪确定夹杂物类型,并结合热力学分析进一步研究Al2O3和AIN的形成特点。结果表明,Al-O平衡时液相溶氧量高,很难满足Al2O3形成条件。高A1和高Cr含量均明显影响AIN液相形成条件,综合作用下AIN较难形成于液相,但非平衡凝固Scheil模型和高温共聚焦原位观测表明AlN可以在凝固前沿析出。(3)高温力学特性和变形行为研究借助Gleeble高温力学拉伸实验,研究高铝FeCrAl不锈钢强度特征和高温热塑性变化规律和机理。结果表明,由于Al原子固溶强化作用,抗拉强度和屈服强度随A1含量增加而一定程度提升。高温热塑性在700～1200℃区间呈现“下降-上升-下降”趋势。综合分析相变、析出相、断口形貌和金相组织,发现晶粒粗化和析出相诱发微裂纹是高温热塑性降低的主要原因,而动态软化作用能改善高温晶粒粗化,对高温热塑性有提升作用。在高温力学特性研究的基础上,借助Gleeble高温力学压缩实验,进一步研究高铝FeCrAl不锈钢热变形行为。根据真实应力-应变曲线,通过拟合关系确定热变形相关物性参数、激活能以及描述热变形条件的Z因子表达式,进而构建适用于压缩热变形的本构方程。通过分析压缩组织特征,研究850℃、950℃和1050℃下动态软化行为特征。结果表明,高铝FeCrAl不锈钢具有通过亚晶转动形成新晶粒的连续动态再结晶方式。(4)凝固组织调控研究对比分析La合金化前后凝固组织特征,发现La对高铝FeCrAl不锈钢凝固组织晶粒有明显的细化作用。通过分析La在高铝FeCrAl不锈钢中的存在形式,研究La调控凝固组织的机理。结果表明,调控作用源于La晶界富集的钉扎作用和含La夹杂的异质形核作用。结合显微观测和热力学分析,得到含La夹杂在a[La]-a[O]-a[s]活度空间的优先析出分布,并以此预测含La夹杂的优先析出路径。通过Gleeble高温力学拉伸对比实验,发现凝固组织调控对高温力学性能有改善作用。基于La合金化通常面临氧化烧损严重及添加困难等问题,开发Al-La合金线用于改进La合金化方式。通过研究不同成分配比Al-La合金的凝固组织和力学性能,发现凝固组织物相组成对力学性能有重要影响,并提出兼顾强度和塑性的成分要求和加工温度。