双相不锈钢(The duplex stainless steel,DSS)因其优异的耐腐蚀性和力学性能,成为与奥氏体型、铁素体型不锈钢并列的一类不锈钢,已被公认为21世纪的主流不锈钢种,目前正越来越多地用于化学、石化、造纸和石油等工业。2205型双相不锈钢是双相不锈钢中应用最普遍的一种钢种。但是,这类双相不锈钢在制造和焊接过程中往往会因为热处理工艺不当导致δ铁素体粗大,使钢的性能恶化,直接影响它的质量和安全可靠性。因此,对双相不锈钢特别是2205双相不锈钢进行晶粒细化方法的探讨,已成为该类钢实际应用的一个重要研究方向。本文基于Cr-Ni不锈钢中存在两种物相转变:δ→γ+σ(σ化时效反应)和γ+σ→δ(反σ化固溶反应),进行了细化晶粒的研究,设计了对原材料首先进行预先固溶处理,随后σ化时效处理以及最终固溶处理的“三步法细晶强化”热处理工艺,利用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)等实验仪器设备,通过拉伸试验和冲击试验等方法研究了2205型双相不锈钢试样在预先固溶处理、σ化时效处理和最终固溶处理三个工艺阶段的物相组成和组织性能的变化规律,得到如下几点基本结论:(1)预先固溶处理后,试样随着固溶温度的升高,组织中铁素体含量升高;长条状奥氏体逐渐分解、球化,然后弥散分布在铁素体基体上;当加热温度比较高时,奥氏体和铁素体晶粒随之长大。根据拉伸和冲击试验结果综合分析,在1000～1100℃固溶处理时,材料的综合力学性能比较高。拉伸试样的微观断口以韧窝为主要特征;冲击试样弯曲开裂,但并未完全断开,其断口呈现出拉长的韧窝、蛇形滑动特征或是涟波、无特征区的形貌。(2)σ化时效处理后,时效温度高时,σ相在δ/γ相界和δ相内同时形核、生长,并且易形成块状;时效温度低时,σ相则偏聚在δ/γ相界生核,然后向δ相内生长,σ相易形成片状组织;同时,σ相的数量随着时效时间的延长而增加。475℃和600℃时效后双相不锈钢的强度明显提高,韧性略有降低,微观断口以韧窝为主。750℃时效后强度有所提高,韧性明显降低,微观断口以解理平面为主。(3)反σ化处理后,原来粗大的δ铁素体变得比较细小。比较不同工艺,以1050℃×1h预先固溶处理,750℃×38hσ化时效处理和最终的加热温度为1200℃,保温2min的反σ化处理试样中δ铁素体的细化效果最好,强度和韧性都比较高,且其断口韧窝的尺寸、形状和分布都比较均匀。