钢铁材料强度高、塑韧性好,同时具有资源丰富、价格低廉、易于加工等优点,广泛应用于航空航天、化工、石油、海洋等工程机械行业。近年来,随着工程机械行业的更新换代,大型工程结构件对钢铁材料力学性能的要求也越来越高。析出强化是提高钢铁合金强度最为简单有效的方法之一,其中寻找与基体“匹配”的纳米强化相是目前最受关注的研究方向。最近的研究发现,硅化物G相与马氏体钢基体（BCC-Fe）存在共格关系,并以纳米颗粒的形式弥散分布在马氏体钢中,具备作为纳米强化相的“潜质”。然而,目前关于G相强化型BCC结构钢的研究报道较少,特别是G相在BCC结构钢中的析出行为尚不明晰。因此,本研究通过热力学计算和实验研究相结合,设计并制备了一系列G相强化型Fe-Ni-Si基BCC结构钢新体系。并利用透射电镜与原子探针等技术解明了纳米G相在BCC结构钢中的析出行为。在此基础上,通过对合金成分、热处理工艺以及轧制工艺的优化,系统研究了 G相强化型Fe-Ni-Si基BCC结构钢的力学性能。本研究的主要结果如下:（1）本研究采用Calphad方法并结合商用Fe基合金热力学数据库,对G相强化型Fe-Ni-Si基BCC结构钢系统地开展了合金设计研究,设计了一系列具有“高温奥氏体基体（FCC）+G 相”组织特征的 Fe-7Ni-2Si-1X（X=Ti,Nb,Ta,Zr,Mn）合金、具有“铁素体基体（BCC）+G相”组织特征的Fe-20Cr-3Ni-3Si-2X（X=Ti,Nb,Ta Zr,Mn）合金以及具有“铁素体基体（BCC）+G相+NiA1相+富Cu相”组织特征的Fe-20Cr-3Ni-3Si-1Ti-2X（X=Cu,Al）合金。实验研究与计算结果取得了良好的一致性。（2）在合金设计的基础上,本研究制备了一系列Fe-7Ni-2Si-1X（X=Ti,Nb,Ta,Zr,Mn）四元马氏体合金,并对其微观组织、晶体结构和相变温度等进行了系统研究。研究结果表明,Fe-7Ni-2Si-1X系列合金经1000℃退火处理后的水淬组织为体心立方结构的板条马氏体,且合金的奥氏体化温度约为800℃。同时,利用透射电镜与原子探针等技术解明了 Fe-7Ni-2Si-1X系列合金在500℃时效过程中的G相析出行为。其中,Fe-7Ni-2Si-1 Ti合金中的Ni16Ti6Si7G相半径约为1.4±C.7nm且数量密度高达1.9×1024m-3,合金的室温抗拉强度约为1800MPa,同时兼具4%拉伸塑性。（3）在合金设计的基础上,本研究制备了一系列Fe-20Cr-3Ni-3Si-2X（X=Ti,Nb,Ta,Zr,Mn）五元铁素体合金。结合透射电镜与原子探针等技术,首次获得了纳米Ni16X6Si7G相在Fe-20Cr-3Ni-3Si-2X系列合金中的化学成分、形貌、结构、共格关系等重要基础信息。其中,Fe-20Cr-3Ni-3Si-2Ti合金中的纳米G相颗粒半径与数量密度分别约为1.64±0.45nm与6.05×1023m-3,且合金在660℃时的蠕变阀值约为140MPa,远高于商用P92钢在650℃时100MPa的蠕变阈值。（4）在合金设计的基础上,本研究制备了一系列Fe-20Cr-3Ni-3Si-1Ti-2X（X=Cu,A1）铁素体合金。利用原子探针技术对Fe-20Cr-3Ni-3Si-1Ti-2X系列合金中的G相、富Cu相以及NiA1相的晶体结构、共格关系、析出序列、协同作用等析出行为开展了深入研究。首次在Fe-20Cr-3Ni-3Si-1Ti-2Cu-2A1合金中发现了一种由心部到外层依次为G/B2-NiA1/（Cu）/B2-NiA1的多层核壳纳米结构。同时,本研究制备的Fe-20Cr-3Ni-3Si-0.75Ti-1Cu-1A1合金的室温拉伸强度高达1300MPa,并兼具5%的拉伸塑性。