核电一回路作为反应堆冷却剂压力边界的一部分,是保证核电站安全运行的一道重要屏障。铸造双相不锈钢以其良好的耐腐蚀和机械性能运用于核电一回路主管道材料,但是随着服役时间的延长,铸造双相不锈钢会发生热老化脆化现象,从而影响到核电的安全。因此,研究铸造双相不锈钢的热老化机理具有重大的意义。本文通过金相显微镜、透射电镜、扫描电镜、拉伸试验、夏比冲击试验以及显微硬度测试研究了在400℃下加速热老化100h、300h、1000h、3000h、10000h、12000h和15000h的铸造双相不锈钢的微观组织和力学性能。在系统研究该钢微观组织结构,特别是调幅分解、位错组态和析出相等随热老化时长变化规律的基础上,将微观组织的变化与力学性能的变化相结合,深入探讨了其热老化机理。结果表明：TEM观察了铸造双相不锈钢铁素体内调幅分解从开始产生至分解充分的整个过程：热老化3000h后,铁素体内开始发生调幅分解,形成了富Cr的黑色α’相和富Fe的白色α"相；随着热老化时间的延长,调幅分解产物的尺寸不断增大,波长不断减小；当热老化时间达到15000h后,调幅分解充分。同时发现,正是铁素体的调幅分解导致了热老化后期铁素体内G相的析出。这些是铸造双相钢发生热老化脆化的主要原因。TEM观察还显示,材料在原始态时,大量的位错杂乱的缠结在一起：随着热老化时间的延长,位错密度有所下降,并有位错网络的形成；当到热老化后期时,位错呈现出低密度和自身平直化的线状特征。长时热老化后奥氏体和铁素体相界所析出的Cr2N、χ相和M23C6等化合物也间接地影响铸造双相不锈钢的热老化脆化。拉伸试验、夏比冲击试验和显微硬度测试结果表明,随热老化时间的延长,材料的冲击韧性不断下降;抗拉强度和屈服强度不断增加,断面收缩率和延伸率降低;热老化对铁素体的硬度影响较大,而奥氏体的硬度随热老化时间的延长变化不大。SEM断口分析表明,铸造双相不锈钢原始态的冲击断口形貌为等轴状韧窝,随热老化时间的延长韧窝由深变浅；热老化1000h后断口部分区域可见撕裂棱线条和沿奥氏体-铁素体相界断裂特征,热老化3000h后部分区域有沿铁素体解理断裂的河流花样：热老化10000h后断口解理断裂特征更加明显。在热老化300h内,材料的断裂机理为微孔聚集型断裂；在热老化1000h至3000h内,材料的断裂方式由微孔聚集型断裂向准解理断裂转变；在热老化10000h后,材料的断裂机理为解理断裂。该钢的拉伸断口形貌变化与冲击断口形貌基本相同。在热老化过程中,铸造双相不锈钢的断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。利用热老化参数法对铸造双相不锈钢长时服役寿命预测的结果表明,当热老化时间达到15000h后,铸造双相不锈钢在350℃下的冲击韧性下降70.01%,而在室温冲击下,其冲击韧性的下降基本接近75.41%。保守估计核电一回路管道用铸造双相不锈钢在预定的服役时间40年内是安全的。