全球气候环境的不断恶化使人们对温室气体的排放越来越重视。铁素体耐热不锈钢作为在汽车排气系统、火力发电和固态氧化物燃料电池等领域应用的关键材料,其性能的优劣对提高部件工作温度、提升能源转化效率、减少温室气体排放具有重要的影响。同时,受全球Ni资源的短缺和价格波动的影响,利用铁素体耐热不锈钢来替代部分奥氏体不锈钢的需求也变得尤为迫切。因此,开发高性能的铁素体不锈钢具有十分重要的意义。本文系统研究了铁素体耐热不锈钢的冷热成形性能、时效析出行为、高温力学性能和高温抗氧化行为,分析了Al合金化对含铜铁素体耐热不锈钢性能的影响及作用机理。具体研究内容和结果如下:（1）研究了铁素体耐热不锈钢的冷、热成形性能,分析了Al对含铜铁素体耐热不锈钢成形性能的影响。添加1 wt.%Al可降低实验钢的制耳高度,并提高实验钢的室温均匀变形能力。0Al钢的热变形激活能为339.998 k J/mol,Al的添加可使实验钢的激活能提高至342.966 k J/mol。获得了两实验钢的高温压缩本构关系,0Al钢:（?）=3.4868×1012[sinh（0.0225σ）]3.910exp(-339998/RT),1Al钢:（?）=4.3016×1012[sinh（0.0195σ）]3.758exp(-342966/RT)。建立了实验钢的热加工RT图。两实验钢均易在高应变速率下发生变形失稳,且Al的添加会增大失稳区域的面积。0Al钢的最优热加工区间为:0.01 s-1～0.03s-1、950℃～1042℃和0.01 s-1～0.11 s-1、1042℃～1150℃。1Al钢的最优热加工区间为:0.01 s-1～0.04 s-1、950℃～1033℃和0.01 s-1～0.20 s-1、1033℃～1150℃。（2）研究了0Al和1Al钢的时效析出行为,分析了Al对含铜铁素体耐热不锈钢中析出相演化的影响及作用机理。0Al和1Al钢在时效过程中会析出富Cu相和富Nb相。添加1 wt.%Al可提高富Cu相的成核速率,增加富Cu相的数密度和体积分数,改变富Cu相在粗化过程中的晶体结构,且促使富Cu相内部形成刃型位错。高密度析出的含Al纳米富Cu相能使实验钢的强度和塑性同时得到提升。在时效初期,0Al和1Al钢析出的富Nb相较少;当时效时间延长至60 min后,Laves相开始大量析出。0Al钢中析出的Laves相呈条状和针状,并具有羽毛状的团聚状态;而1Al钢中Laves相尺寸更加细小、不易团聚,粗化速率降低,呈现出具有拖尾特征的不规则块状形貌。（3）研究了0Al和1Al钢的高温力学性能,阐明了Al对含铜铁素体耐热不锈钢高温强度、断裂行为、软化机制和织构演变的影响。在高应变速率和低变形温度下,Al的添加可提高实验钢的抗拉强度,但会降低断裂延伸率;而在低应变速率和高变形温度下,Al的作用主要是促进动态软化行为,能够同时提升实验钢的高温强度和断裂延伸率。0Al和1Al钢的高温断裂方式均为韧性断裂。Al可以减少铁素体中变形带的数量,并提高铁素体晶粒的协调变形能力。0Al和1Al钢在低变形温度和高应变速率条件下主要以变形晶粒为主,而在高变形温度和低应变速率条件下以回复晶粒为主。Al能够促进动态回复和动态再结晶软化过程,增强钢中纤维织构。（4）研究了0Al、0.5Al和1Al钢在900℃～1100℃的氧化行为,分析了Al在不同温度下对含铜铁素体耐热不锈钢抗氧化性能的影响。在900℃下,0Al钢表面氧化层出现翘起、隆起和脱落。添加0.5 wt.%Al后可明显改善实验钢表面氧化层的翘起和脱落现象,生成的Al2O3主要集中在内氧化层。当Al添加量为1 wt.%时,实验钢表面可生成均匀致密的Al2O3层。Al添加量每增加0.5 wt.%,可使实验钢的氧化速率降低1个数量级。在1000℃下,0Al、0.5Al和1Al钢的表面氧化层总厚度分别为108.09±20.23、90±12.03和1.57±0.52μm,氧化增重速率分别为1.90×10-1、2.70×10-2和1.77×10-3 mg~2·cm-4·h-1。在1100℃下,0Al、0.5Al和1Al钢的氧化增重速率分别为420.31、171.33和1.28×10-3 mg~2·cm-4·h-1。添加1 wt.%Al可使实验钢表面形成具有自修复特性的（Al,Cr）2O3层,该氧化层与纯Al2O3层相比,氧化增重速率降低了2.7倍;与0Al钢表面氧化层相比,厚度减小了515倍。