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SAF2507双相不锈钢因良好的耐腐蚀性能和较高的机械强度,被广泛应用于石油化工和核电领域。喷丸是金属表面形变强化的重要手段之一,通过优化表层组织结构和引入残余压应力场,喷丸可以显著提高材料表面力学性能,因此在工程生产中喷丸技术得到广泛地应用。为提高SAF2507双相不锈钢的表面综合性能,本文对其进行表面喷丸强化处理,同时对喷丸形变层残余应力场、组织结构和力学性能等进行表征研究。传统喷丸后材料表层形成了较高水平的残余压应力。喷丸残余压应力沿深度方向先增加再减小,最后在内部变为拉应力。喷丸强度为0.60 mmA时,奥氏体和铁素体残余压应力最大值位于次表层,分别为-932和-790 MPa。喷丸强度提高,残余压应力值及深度相应提高。相同喷丸条件下,奥氏体残余压应力值要显著高于铁素体,但铁素体压应力层深度要稍大于奥氏体。复合喷丸可以提高材料浅表面残余压应力值,但对压应力层深度影响不大。经0.50+0.20+0.10 mmA强度复合喷丸后,奥氏体和铁素体喷丸表面残余压应力分别达到-1070和-910 MPa。同等喷丸强度下,预应力喷丸能大幅地提高加载方向上表面残余压应力、最大残余压应力和残余压应力深度,但在垂直加载方向上,预应力喷丸对残余压应力的提升不明显。利用有限元方法对SAF2507双相不锈钢进行了多弹丸随机撞击的动态模拟。模拟结果表明,喷丸后Mises等效塑性应变最大值位于材料次表层,因此残余压应力的极大值不是在碰撞表面而是在次表层。喷丸覆盖率增加,表面残余压应力和最大残余压应力值均增加,最大残余压应力对应的深度逐渐向材料表面迁移。弹丸撞击速度增加,材料最大残余压应力及其对应层深、残余压应力层深度均逐渐增加,但表面残余压应力变化不大。研究了喷丸残余应力在高温和循环载荷作用下的松弛行为。结果表明,喷丸残余应力热松弛（600-750℃）主要发生在退火初始阶段,加热温度越高,应力松弛速率越快。奥氏体喷丸残余应力的松弛速率显著高于铁素体。残余应力高温松弛行为可由Zener-Wert-Avrami函数表述,基于该函数,计算得到奥氏体和铁素体喷丸残余应力热松弛激活焓分别为67和62 kJ/mol。在拉-拉循环载荷条件下,喷丸残余应力的松弛主要发生在循环初始阶段,随着循环周次的增加,残余应力的松弛速率逐渐降低,残余应力逐渐趋于稳定。外加应力幅越高,应力松弛越速率越快,残余应力稳定值越小。循环载荷作用下奥氏体喷丸残余应力的稳定性高于铁素体。在300、400和500 MPa应力幅循环30次后,铁素体表面残余应力分别为-498、-281和-16 MPa,相对于初始状态分别松弛了约31.8%,61.5%和97.8%;奥氏体表面残余应力分别为-728、-555和-225 MPa,相对于初始状态分别松弛了约29.3%、46.1%和78.2%。XRD组织结构分析表明,喷丸后材料表层晶块尺寸细化、微观畸变和位错密度显著提高。喷丸表面具有最小晶块尺寸和最大位错密度。喷丸强度为0.50 mmA时,奥氏体和铁素体表面晶块尺寸分别为18和25 nm,表面位错密度分别为2.45×1015和1.32×1015/m2。喷丸过程中两相的塑性变形不均匀,相同喷丸条件下,奥氏体相组织更细化、微观畸变更显著、位错密度值更高。TEM观察结果表明,喷丸变形导致奥氏体向马氏体相变,马氏体优先在奥氏体孪晶交割处形核并长大。铁素体和奥氏体具有不同的塑性变形机制,具有高层错能体心立方结构的铁素体,其塑性变形由位错运动主导;对于低层错能面心立方结构的奥氏体相,其塑性变形由位错运动、孪生和应变诱发马氏体相变共同主导。研究了高温下（600-750℃）SAF2507双相不锈钢喷丸组织结构的演变行为。等温加热过程中喷丸变形层中析出大量s相,喷丸变形加速了s相在高温下的析出动力学。等温退火后,喷丸变形组织晶粒长大、微观畸变和位错密度大幅降低。由于奥氏体塑性变形程度高于铁素体,相同退火条件下,奥氏体再结晶后的晶粒尺寸显著小于铁素体。通过线形回归拟合奥氏体和铁素体的晶界迁移激活能分别为257和220 kJ/mol,微观应变热松弛激活能分别为82.6和76.9 kJ/mol。TEM结果表明应变诱发马氏体在高温环境下具有很高的稳定性。喷丸显著提高了SAF2507双相不锈钢表层硬度和屈服强度。利用原位拉伸X射线应力测试了SAF2507双相不锈钢喷丸表面的屈服强度,结果显示喷丸后铁素体和奥氏体表面屈服强度分别为780和1100 MPa,相比于喷丸前（490和540 MPa）分别提高了59%和104%。喷丸残余压应力以及组织结构优化,包括晶块细化、位错密度等结构缺陷密度增加、奥氏体机械孪晶和形变诱发马氏体相变等,是材料表层硬度和屈服强度提高的重要原因。