当前能源需求旺盛,为了满足国民经济对电力的迫切需要,同时要应对来自环境保护方面的要求和挑战,势必要大力推广大容量和高参数的超(超)临界发电技术,而发电机组的关键部件之一要选用高性能锅炉管用耐热钢材料。铁素体耐热不锈钢具有成本低、热膨胀系数小、热传导率高、综合力学性能好等优点。然而,随着火力发电技术的不断发展,现有的铁素体耐热不锈钢已很难满足未来超(超)临界发电大容量和高参数的要求,人们都在尝试利用各种途径来研制新型铁素体耐热不锈钢,进而提高其使用性能。X10CrAlSi18钢是一种新型高Cr铁素体耐热不锈钢,具有较优的综合性能,已在国外投入生产,国内同种材料的应用几乎完全依赖于进口,且国内外对该钢组织和性能的研究较少,因此非常有必要对该钢进行系统地研究,以便更安全的使用。本文以工业化生产X10CrAlSi18耐热不锈钢板为研究对象,采用数值模拟计算、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X-射线衍射分析(XRD)、拉伸试验以及冲击试验等手段,主要从热处理制度对组织和力学性能的影响以及X10CrAlSi18耐热钢的抗高温氧化行为两个方面进行深入研究。得到的主要研究结果如下:利用Thermo-Calc软件完成了热力学平衡相图的计算,可以辅助分析在不同热处理制度条件下,显微组织的变化情况。计算结果表明:X10CrAlSi18耐热钢相变过程中,基体中会有AlN相、M7C3碳化物、M23C6碳化物及Sigma相产生。为调整组织,消除内应力,提高其加工性能,特对该钢进行退火和回火处理。分析得出:在800~950℃退火时,显微组织主要由铁素体相、M23C6碳化物、Sigma相以及AlN相组成。在850℃退火时,该钢组织较为均匀,平均晶粒尺寸为48.91μm,具有最优的综合力学性能。由于铁素体不锈钢具有低温脆性,掌握其韧脆转变温度可以为实际生产和加工提供参考,因此对该钢进行韧脆转变温度试验。结果表明:X10CrAlSi18耐热不锈钢韧脆转变温度约为87℃。抗高温氧化性是评定耐热钢性能优劣的一项重要指标,本文采用恒温氧化法对该钢进行了高温氧化试验,试验温度分别为800℃、900℃和1000℃,取样时间间隔为20 h。结果表明:X10CrAlSi18耐热不锈钢氧化增重曲线符合典型的抛物线规律。在1000℃时,氧化增重量明显高于800℃和900℃时的氧化增重量。根据不锈钢的抗氧化性能评定标准,800℃与900℃条件下,X10CrAlSi18耐热不锈钢属于完全抗氧化,而在1000℃时,属于抗氧化级别钢。利用XRD、SEM以及EDS等检测手段分析了氧化膜的形貌及物相组成。分析表明:在800~1000℃氧化时,氧化膜均由MnCr2O4,SiO2,Al2O3和(Fe0.6Cr0.4)2O3氧化物构成。但在800℃和900℃,氧化膜中以尖晶石结构的MnCr2O4氧化物为主;而在1000℃氧化时,氧化膜中以尖晶石结构的(Fe0.6Cr0.4)2O3氧化物为主。这种由Cr/Mn氧化物到Fe/Cr氧化物的转变,是导致抗氧化性下降的主要原因。