为了应对能源短缺和环境污染等问题,现代汽车排放废气的温度会提高到1000℃以上,这要求排气系统热端部件具有很高的耐高温性能。441和444铁素体不锈钢由于良好的抗高温氧化和抗高温变形能力,已逐渐应用于汽车排气歧管等关键部件。鉴于目前对铁素体不锈钢在实际服役环境中的失效行为与机制缺乏认识,本文运用循环氧化法与温度循环法等实验方法以及扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜等分析技术,研究了441和444铁素体不锈钢在大气和模拟汽车废气环境中的高温氧化和热疲劳行为,分析了钢样在两种环境下发生失稳氧化和热疲劳失效的机理,对比探讨了两种铁素体不锈钢与309奥氏体不锈钢的热疲劳性能差异,以及大气环境中两种铁素体不锈钢在弯曲和平直状态下的热疲劳失效特征,为铁素体不锈钢的开发与应用提供了基础数据及科学依据。本论文取得的主要结果如下:采用循环氧化增重法研究了444铁素体不锈钢在大气和模拟废气环境中的高温氧化行为。在两种气氛环境中,随着温度的升高,试样氧化增重逐渐增大,且发生失稳氧化的时间明显缩短,1100℃大气环境中试样约在50 h时发生失稳氧化,而1050℃和1100℃的废气环境中发生失稳氧化的时间分别为50 h和20h;在发生失稳氧化以前,试样的氧化动力学增重曲线符合抛物线规律,而失稳后试样的氧化速率显著增大。废气环境中444不锈钢的氧化更严重,氧化速率更快。在大气环境中,试样表面氧化皮脱落现象明显;而在废气环境中,氧化皮与基体之间结合良好。试样发生失稳氧化前,大气环境下形成的氧化皮主要由（Mn,Cr）3O4外层和Si O2内层组成,而在废气环境下,初始阶段难以形成Si O2层,氧化皮主要为外部富Mn的（Mn,Cr）3O4层。试样发生失稳氧化后,两种环境中试样表面均形成了大量由富Cr内层、Si O2中间层和富Fe外层组成的瘤状氧化物,且废气环境中瘤状氧化物因合并长大而比大气环境中的尺寸更大。采用V型试样对比研究了441和444不锈钢在大气环境中的热疲劳行为。当温度循环试验的上限温度(Tmax)从700℃升高到900℃时,两种不锈钢试样断口处的晶粒尺寸增大,高温拉伸强度显著下降,试样内部热应力增大,高温氧化加剧,试样的热疲劳寿命缩短。441不锈钢试样中位错相互缠结形成亚晶界,而析出的Fe2Nb变得粗大,并部分溶解形成（Fe,Nb）6C,导致热疲劳寿命随温度的升高而缩短。444不锈钢中Mo元素提高了试样的高温拉伸强度、增强了试样在热疲劳过程中的抗高温氧化性能。同时,Mo元素改变了析出相的尺寸和种类,Tmax为700℃和800℃时,444不锈钢失效试样中Laves析出相更小,当Tmax为900℃时,Laves相由密排六方转变成面心立方结构。与441不锈钢相比,444不锈钢的热疲劳寿命更长,Mo元素改善了其高温热疲劳性能。搭建模拟废气环境实验装置,采用V型试样对比研究了441和444不锈钢在废气环境中的热疲劳行为。由于Mo元素的作用,444不锈钢的热疲劳寿命比441不锈钢更长。与大气环境相比,不锈钢在废气环境中的热疲劳寿命明显更短。废气环境中由于水蒸气的存在,两种不锈钢都发生了更剧烈的内部氧化,且441不锈钢的内部氧化尤为严重;含C气体导致不锈钢试样中析出明显的碳化物,Tmax为800℃和900℃时,441不锈钢析出相为Fe3C和（Nb,Ti）C,而444不锈钢中的析出相为（Fe,Cr,Si）2（Nb,Mo）和（Nb,Ti）C,这些析出物也是导致不锈钢在废气环境中热疲劳性能下降的重要因素。采用直板型试样对比研究了大气环境中441和444两种铁素体不锈钢与309奥氏体不锈钢的热疲劳性能以及有/无弯曲条件下的疲劳失效特征。当Tmax从800℃升高到900℃时,三种不锈钢试样的热疲劳寿命均下降,其中309奥氏体不锈钢疲劳寿命下降的幅度较小,高温下热疲劳性能更加稳定。和弯曲状态下V型试样对比,441和444不锈钢直板试样的热疲劳寿命大幅度降低,两种型态下热疲劳损伤存在明显差异,热疲劳过程直板型试样产生的热应力更大而蠕变孔洞较少;直板型试样的断口呈现更加明显的疲劳辉纹,且试样内部发生了更加严重的氧化。