随着汽车保有量的增加，对环境带来的负面影响也日益加剧，因此，汽车尾气排放的法规也日益严格。为了进一步净化尾气，并提升燃油效率，发动机排放出的尾气温度越来越高，尤其是近些年涡轮增压技术的发展以及零部件小型化和轻量化的需求，部分车型的汽车排气系统的尾气温度已经从以前的800℃～900℃提升到1000℃以上，并且有进一步提高的趋势，如果汽车尾气的温度达到1050℃，则只有少量奥氏体耐热不锈钢和高温合金能够满足其使用要求。然而，奥氏体不锈钢的热膨胀系数较高，易发生热疲劳失效，而高温合金成本太高。目前，国内外主机厂均在积极寻求能够在1000℃以上使用的铁素体不锈钢以满足汽车技术的发展。　　本课题的研究目标是开发可在1000℃以上的高温环境下使用的汽车排气系统高温端用钢，本论文的研究内容是在现有热端用铁素体锈钢的基础上(Fe-15Cr-0.5Nb、Fe-18Cr-0.5Nb、Fe-19Cr-0.5Nb-2Mo)，通过添加W和Ce元素，研究W和Ce合金化对铁素体不锈钢的抗氧化性能、力学性能、冲击韧性和耐腐蚀性能的影响，进而论述了W和Ce在铁素体不锈钢的作用机理。本研究证明了采用W+Ce合金化能够有效的提升铁素体不锈钢的耐热性，而不损害其室温机械性能。主要研究工作及结果如下:　　(1)用氧化增重法研究了W和Ce对铁素体不锈钢(Fe-15Cr-0.5Nb、Fe-18Cr-0.5Nb和Fe-19Cr-0.5Nb-2Mo)在1000℃和1050℃的高温氧化行为的影响。W和Ce均能够显著提升铁素体不锈钢的抗氧化性能，其中W的作用机理为含W的铁素体不锈钢易在氧化皮/基体界面上形成较为稳定的Laves相，可以阻碍离子扩散，从而提升抗氧化性能，另一方面，在氧化反应主要以O2-离子向铁素体基体内扩散的阶段，在晶界上析出的Laves相在高温环境下不会迅速溶解，从而阻断了O2-离子扩散的通道，抑制了异常氧化的发生。稀土Ce显著提升不锈钢的抗氧化性能，主要是其活性元素效应促进了Cr的选择性氧化，同时对界面析出有一定抑制作用，降低氧化皮厚度，改善氧化皮与基体的附着力，从而避免氧化皮的剥离。W和Ce的复合添加能在发挥W的有益作用的同时避免氧化皮剥离。　　(2)W对抗氧化性能的提升效果不是随着W含量的增加而单向增加，W含量过高时反而导致抗氧化性能的恶化，一方面W使氧化皮中Cr元素含量增加，氧化皮更易破裂，另一方面在氧化皮和基体间形成大量的Laves相降低了氧化皮和基体的结合力，使氧化皮容易开裂、剥落。在本研究中，W含量超过1wt％时抗氧化性能明显恶化。　　(3)W和Ce均提高材料室温强度和高温强度，其中Ce影响较小;添加元素W在提升强度的同时，可以改善材料的各项异性指数，但是降低平均塑性应变比。高温时效过程中，W能够显著降低铁素体晶粒长大速度，使Laves析出相分解而形成的固溶强化效果与晶粒粗大带来的软化效果相抵消，从而保证材料高温强度的稳定性。　　(4)元素W和Ce均能够提高铁素体不锈钢的点腐蚀能力，由元素W的添加带来的Laves相的析出对材料的应力腐蚀没有负面影响。　　(5)1wt％的W含量对Fe-18Cr-0.5Nb型铁素体不锈钢的韧脆转变温度没有明显影响，但是降低其韧脆转变温度曲线的高阶能，这是因为W能够推迟Laves相的分解，而在晶界上形成的Laves相易成为裂纹源。稀土Ce形成大量含稀土氧化物夹杂，这种夹杂物不随退火温度改变而消失，易成为裂纹源，从而提高韧脆转变温度。在700℃-950℃之间退火，晶粒回复和再结晶的同时伴随着Laves析出相的溶解，冲击韧性持续升高，在该阶段，W显著降低室温冲击性能，而Ce能改善W的恶化作用。当退火温度较高时晶粒的粗大是造成冲击性能低和韧脆转变温度高的主要原因。