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铁素体-马氏体(Ferritic-Martensitic，F-M)钢广泛应用于以火力发电机组为代表的高温蒸汽环境中。对该类材料进行渗铝处理，可以大幅度提高其在服役环境下的抗氧化性能，进而提高其使用温度。然而，常规的渗铝处理需要在1000℃左右保温较长时间，将造成F-M钢微观结构的改变和机械性能的恶化。如果在较低温度进行渗铝处理，一方面所形成的渗铝层较薄，另一方面渗铝层主要由高脆性的富铝相组成。通过表面纳米化技术在材料表面形成一层梯度纳米结构表层，利用其中合金元素扩散速度和新相生成速度的提高，为优化F-M钢的渗铝行为提供了一种可能。 本工作选择开发用于超超临界机组的新型P92钢（主要成分Fe-0.11 C-8.75Cr-1.75W，wt.％）为研究对象。首先研究了不同热处理工艺对其微观组织和力学性能的影响;然后通过表面机械研磨处理(SMAT)实现了其表面纳米化并对其进行粉末法渗铝处理，使用X射线衍射、扫描电子显微镜、以及透射电子显微镜等手段研究了渗铝层的相组成和生长行为，使用显微硬度仪、纳米压痕仪和热重分析仪等研究了渗铝层的力学性能和抗高温氧化行为。得出以下主要结论: 1.经过1000℃热处理，P92钢微观组织由原来的含有大量碳化物颗粒的板条马氏体结构转变为以板条马氏体为主且含有少量残余奥氏体相的组织，力学性能发生显著变化。在770℃以下热处理时，P92钢的微观组织和力学性能基本保持不变。 2.P92钢样品经SMAT处理后形成最表层晶粒尺寸约为8nm、在100μm层深范围内微观组织明显细化的梯度纳米结构表层。 3.在600℃使用纯铝渗剂粉末法渗铝时，P92钢上形成以Al5Fe2相为主的渗铝层，该渗层在随后的扩散退火过程转变为含有AlFe和α-(Fe,Al)的低铝相渗层。与原始样品相比，SMAT样品上Al5Fe2相渗层的生长速度及其向低铝相的转变速度均显著提高。SMAT样品和原始样品在渗铝和扩散退火过程中各渗铝层生长动力学可分别描述如下: Al5Fe2相:xSMAT2=2.50×1014exp(-(254±21)×103/RT)tμm2, xAR2=3.84×1013 exp（-(251±26)×103)/RT)tμm2; AlFe相:xSMAT2=7.56×1012 exp(-(288±33)×103/RT)tμm2,xAR2=1.12×1012 exp(-(278±23)×103/RT)tμm2; α-(Fe，Al)固溶体:xSMAT2=6.62×1010 exp(-(250±10)×103/RT)tμm2，xAR2=7.04×1010exp（-(254±27)×103/RT）tμm2。 4.分析表明，SMAT样品上渗铝层生长动力学的提高主要得益于梯度纳米结构表层中存在的大量晶界及高空位浓度对合金元素扩散速度的显著提高;而SMAT样品和原始样品中各渗铝相生长激活能Q相近，这可能与渗铝过程中晶格扩散较为明显、渗层生长同时受合金元素在不同相和组元之间的互扩散控制以及P92钢中多种合金元素对扩散行为的影响等因素有关。 5.经过先560℃粉末法渗铝再720℃扩散退火的低温复合渗铝处理后，SMAT样品上形成厚～17μm的低铝相渗铝层，Al储量约为720 at.％×μm。与原始样品上的渗铝层相比，复合渗铝SMAT样品上的渗铝层塑性变形能力及与基体之间的结合强度显著提高。 6.在高温水蒸汽环境中，复合渗铝SMAT样品的氧化速度大幅度降低，700℃氧化100小时后所形成氧化膜厚度为～6μm，远小于相同条件下原始样品上所形成的氧化膜厚度(～80μm)。复合渗铝SMAT样品在高温水蒸气中抗氧化能力的提高主要得益于(Fe，Cr)Al2O4保护性氧化表层的形成。