同时具有铁素体与奥氏体的双相不锈钢,因其兼顾了铁素体不锈钢的高强度和奥氏体不锈钢的塑韧性,而在石油、化工和机械等高端装备制造领域得到了广泛应用。其中由于2205双相钢的强塑性优异,使其在机床主轴、螺旋叶片和重载机构中的应用得到了重视,但该钢种在热加工过程中容易析出碳化物、氮化物以及σ相,导致综合力学性能及耐腐蚀性能降低,其中析出的σ相对钢的综合性能的影响较为明显。目前,固溶处理是2205双相不锈钢较为成熟、应用较多的热处理工艺。固溶处理可以达到消除第二相,改善铁素体与奥氏体两相比例的目的,但经过固溶处理后的2205双相不锈钢晶粒较为粗大,无法有效提升其力学性能,需要对2205双相不锈钢的热处理工艺进行研究和进一步优化。本文以预固溶态的2205双相不锈钢锻坯为实验材料,通过对材料进行“时效+固溶”处理,研究了热处理工艺对材料组织和性能的影响,调整了2205双相不锈钢的相比例,有效细化了组织中的铁素体,制定出了最佳热处理工艺,在保持2205双相不锈钢具有良好耐腐蚀性能的基础上,提高了材料的力学性能。首先,进行了不同条件的时效处理,研究了σ相的析出行为。发现在时效处理过程中,σ相优先在铁素体/奥氏体相界上形核,随后向铁素体内部长大。σ相的析出可伴随着二次奥氏体的析出,即铁素体→σ相+二次奥氏体,也可由铁素体直接转变而来。在形核长大初期,σ相的Mo元素含量显著高于基体材料,在进一步的长大过程中,Mo含量下降至6%左右。由于σ相含有较高的Cr元素,导致二次奥氏体的Cr含量低于初生奥氏体。在780℃时效处理48小时后,σ相大量析出,均匀分布在铁素体基体上。其次,通过正交实验对试样进行了“时效+固溶”热处理,测试和分析了试样的组织和拉伸性能。发现经过固溶处理后,长条状的奥氏体在元素扩散和界面张力的共同作用下,发生了分解和球状化。正交实验中所选择因素包括时效处理温度、时效处理时间、固溶处理温度和固溶处理时间,其中固溶处理温度对2205双相不锈钢拉伸性能的影响最为显著。最后,结合σ相的析出行为,在正交实验的基础上,对热处理工艺参数进行了优化。发现随着固溶温度的升高,2205双相不锈钢中铁素体相比例升高,材料的抗拉强度和屈服强度得到提升,但塑性有所下降。经过780℃时效处理48小时的2205双相不锈钢,在1200℃进行固溶处理时,σ相可在保温3min后基本溶解,保温5min后,σ相几乎完全溶解,此时铁素体与奥氏体两相的比例适宜,铁素体晶粒细小,材料的强度、塑性和耐腐蚀性能状态最佳。但如果保温时间过长可导致铁素体相占比增加,材料的耐腐蚀性能下降。