随着核电技术的不断发展,对核电行业中结构材料的要求进一步提高。尤其是2011年福岛核电站事故中现行的Zr合金核燃料包壳与高温水蒸气发生剧烈反应而导致严重的负面效应,因而为了提高核电安全性急需要一种高稳定性的材料能够代替Zr合金包壳。目前几种主流的候选包壳材料中,Fe-Cr-Al系铁素体不锈钢因其良好的抗高温蒸气氧化性能,最有望替代现行的Zr合金包壳。然而,常规的Fe-Cr-Al系不锈钢在高温下会发生晶粒的显著粗化,从而导致其力学性能显著下降,因此研究Fe-Cr-Al合金在高温下的组织稳定性,开发新型的耐事故容错Fe-Cr-Al不锈钢包壳材料是至关重要的。本工作通过在Fe-Cr-Al-M（M=Mo,Nb）基础上添加Zr/Ta微量合金化元素,重点研究其对Fe-Cr-Al合金高温下的组织稳定性和力学性能的影响,从而建立了合金成分-组织-性能之间的内在联系,揭示了合金在高温下组织的演化机理,主要研究内容和结论如下:（1）利用团簇成分设计方法,在Fe-Cr-Al-M合金基础上,通过微量合金化元素Zr/Ta的添加,设计得到了两种Fe-Cr-Al系不锈钢成分,分别为S1（Fe-13.5Cr-4.73Al-2.07Mo-0.5Nb-0.98Ta（wt%））和S2（Fe-13.5Cr-4.73Al-2.07Mo-0.4Nb-0.78Ta-0.2Zr（wt%））。本工作重点研究了两种不锈钢中析出相在高温下的微观组织稳定性。首先采用真空电弧熔炼炉炼制合金母锭,之后进行多道次热轧制备合金板材,然后在800℃下时效24 h后,在不同温度（1000～1200℃）下回溶处理1 h,通过研究析出相的回溶情况来探究其在高温下的稳定性。在800℃时效合金中,大量具有高熵效应的Fe2M（M=Mo,Nb,Zr,Ta）Laves相颗粒分散在BCC基体上,其体积分数为f～4.6%。随着回溶温度的升高,在1050℃时,析出相体积分数下降到f～1.4%;在1200℃再处理1 h后,析出粒子回溶程度更加明显,但S2合金中析出相体积分数（f～0.7%）比S1合金（f～0.05%）高约10倍,且在晶界和晶内都有分布。研究表明,加Zr合金良好的高温组织稳定性主要是由于Fe2M、Fe23Zr6和核(Fe23Zr6)-壳（Fe2M）结构颗粒在高温下的共同析出所带来的,而不是单独的Laves相。此外,设计合金的力学性能结果表明,时效合金在室温(?YS=506 MPa,El=4.5%)和高温(600℃?YS=358 MPa,800℃?YS=74 MPa)下均表现出优异的力学性能。（2）为了研究不同热处理工艺对S2合金中Laves相析出的影响,对热轧态的S2合金进行了固溶+800℃分段时效处理。结果表明,在固溶态下,铁素体基体中只留下少量的富Zr的析出相,经过时效处理之后,针状的Laves相在铁素体基体上析出,并随着时效时间的延长逐渐粗化,在时效5 min时合金表现出最高的硬度值（～260 HV）,之后随着时效时间的延长硬度逐渐下降在24 h为234 HV。固溶时效后的组织与热轧后时效处理的球形Laves相粒子明显不同。对比两种不同工艺下合金的力学性能发现,球形析出的合金的力学性能要优于针状析出,其球形粒子的强化效果(σcirc=110 MPa)要明显大于针状粒子(σrod=47 MPa)。此外,运用转变动力学方程求出了S2合金的相变动力学曲线,Laves相的析出速率呈现先增加后减小的趋势,在时效5～10 min时析出速率达到最大。