氧化物弥散强化（Oxide dispersion strengthened,ODS）钢因其优异的耐辐照性能、良好的高温蠕变性能和抗拉强度成为核电用首选结构材料。本文以进一步提高ODS钢的服役温度为目标,从微米和纳米尺度下对ODS钢的微观组织进行调控,主要围绕ODS铁素体-马氏体钢的复相组织设计、纳米氧化物弥散强化相析出与氧化物弥散强化相/基体界面结构调控开展工作。本文首先以9Cr马氏体基预合金化粉末和Y2O3纳米颗粒为原料,通过机械球磨和放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering,SPS）工艺制备了9Cr ODS马氏体钢,并对其进行高温退火处理,探究了Y2O3在9Cr ODS钢制备过程的演化行为及烧结态/退火态钢材的微观组织特征和强化机制。对烧结态/退火态9Cr ODS钢的奥氏体相变和马氏体相变过程进行了研究,指出受不同初始状态的影响,ODS钢中位错密度、应变能大小和碳的存在形式均不同,这将显著影响ODS钢的奥氏体相变行为及热处理后残余铁素体的含量和尺寸;提出的奥氏体相区等温处理工艺亦可有效控制钢中残余铁素体的分布。研究了非碳化物形成元素Al对9Cr ODS钢微观组织和力学性能的影响。烧结态9Cr-Al ODS钢的基体组织由马氏体和相变铁素体构成,相变铁素体内有M23C6相生成;形成的Y-Al-O复合氧化物主要为Y4Al2O9（YAM）相、Y3Al5O12（YAG）相和YAl O3（YAP）相,其中纳米YAM颗粒为主要相。退火处理后,铁素体/马氏体界面处粗大M23C6相诱发铁素体再结晶,铁素体的尺寸细化、分布更为均匀。YAM、YAG和YAP与基体存在多种位向关系,多为共格界面结构。组元Al对钢的力学性能改善作用较小,同时会恶化钢的断裂塑性。为抑制粗大M23C6相的生成,研究了碳化物形成元素对9Cr ODS钢微观组织和力学性能的影响。微合金化组元为Ti或Zr时,ODS钢的基体组织亦由马氏体和相变铁素体构成,形成的复合氧化物分别为Y2Ti O5相、Y2Ti2O7相或Y4Zr3O12相。Y-Ti-O或Y-Zr-O复合氧化物与基体存在多种位向关系,界面结构多为共格界面。相比Al组元,组元Ti、Zr的添加可有效抑制相变铁素体中粗大M23C6相的形成,使得相变铁素体退火时未发生再结晶。微合金化组元为Hf时,ODS钢的基体组织主要由马氏体和少量的残余铁素体构成。Y-Hf-O复合氧化物为纳米Y-Hf-O团簇和Y2Hf2O7相。Ti、Zr和Hf组元对9Cr ODS钢中氧化物细化作用的强弱关系依次为:Hf＞Ti＞Zr,Hf对钢的强化作用最为显著。