目前,火力发电为了节能减排、保护环境,而提高火电机组的热电转换效率,迫使发电机组面临更为苛刻的工况环境,对锅炉用钢材料的性能提出更高的要求。高铝铁素体耐热不锈钢由于具有较低的热膨胀系数、高热传导率和抗热疲劳损伤性能,以及成本低廉等优势,已成为超（超）临界火电机组用钢的备选材料之一。其典型代表X10CrAlSi18钢种中的铝元素在提高材料抗氧化性能的同时,由于易形铝、硅氧化物夹杂,且促进铁素体晶粒在高温下粗大,降低材料的力学性能和使用性能。因此,研究铁素体耐热不锈钢中铝的赋存状态、确定最佳化学成分范围;研究不同热处理制度对组织性能的影响规律,确定最佳热处理工艺;通过控制合理的晶粒尺寸、抑制Al氧化物和σ相等脆性相析出,使钢板具有最佳韧性和高温力学性能匹配等工作具有重要的学术研究和实际应用价值。本文在X10CrAlSi18铁素体耐热不锈钢成分的基础上,通过成分调控设计、冶炼轧制制备得到两种铝含量的试验钢材料。借助光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X-射线衍射仪（XRD）、拉伸测试等方法,研究了热处理工艺制度及铝元素对耐热不锈钢微观组织的影响和力学性能的作用;同时对该材料进行了高温氧化试验,通过氧化动力学曲线、氧化膜表面形貌及物相组成、氧化膜截面相貌及元素分布等的研究表征,摸清了氧化温度和铝元素对新型耐热不锈钢材料氧化行为的作用规律。得到的主要结论如下:1)通过JMat-Pro软件模拟计算两种试验钢热力学平衡相图,结果表明:铁素体耐热不锈钢在凝固过程中主要析出相有M23C6碳化物、M7C3碳化物、Sigma相和Alpha-Cr相等。实验分析发现铁素体耐热不锈钢的热轧态微观组织主要由铁素体相和聚集成网状的碳化物组成。2)通过对铁素体耐热不锈钢材料在790℃～910℃退火处理,发现其微观组织主要由铁素体相、金属间化合物和颗粒状或板条状的M23C6碳化物组成;在850℃退火30min后,微观组织均匀,铁素体晶粒尺寸细小均匀,析出相较少,具有最优的综合力学性能:抗拉强度为664.551MPa,屈服强度为371.224MPa,伸长率为31.65%。3)铁素体耐热不锈钢中铝元素含量由0.63%提高至1.06%后,抑制了碳原子的扩散,使网状碳化物溶解变成孤岛颗粒状碳化物;促进了铁素体晶粒再结晶过程,从而细化晶粒。因此,高铝试验钢具有较优异的强度和硬度,塑性变化不明显。4)抗高温氧化性能是评定耐热不锈钢性能优劣的一项重要指标。实验表明,两种铝含量的铁素体耐热不锈钢在700℃、800℃和900℃下平均氧化速率均小于0.1g·m^-2·h^-1,抗氧化性级别均属于完全抗氧化级别;氧化增重曲线均符合氧化抛物线规律,氧化温度越低,铝含量越大,相同氧化时间内氧化增重越小,氧化速率越小,材料具有高的抗氧化性能。5)通过对氧化膜截面形貌分析表明:两种铝含量的铁素体耐热不锈钢均生成一层薄氧化膜,主要由MnCr2O4、FeMn2O4、Fe₂O₃、Cr₂O₃和Al₂O₃五种氧化物组成;氧化膜最内层氧化物主要由Al₂O₃和Cr₂O₃氧化物组成,外层主要由MnCr2O4和FeMn2O4尖晶石结构氧化物组成;在氧化膜内侧有颗粒状或条状的内氧化物生成,内氧化物主要为Al₂O₃。