近年来的研究表明在单相材料中非均匀组织结构能够获得较好的强度与塑性匹配,双相钢作为两相材料,通过调控软硬相获得非均匀组织结构有望在提高材料强度的同时获得较好的延伸率。本文以层状结构0.1C5Mn3Al铁素体-马氏体双相钢(以下简称双相钢)热轧板材为原始材料,将双相钢进行冷锻变形,冷锻变形量为60%,对形变后双相钢进行不同工艺的退火处理,使用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD)等仪器观察双相钢的显微组织结构演变,采用维氏硬度计、纳米压痕硬度计和万能拉伸试验等实验手段分析了冷锻变形后和不同退火工艺下双相钢的力学性能的变化,得到最优化的热处理工艺,在保持双相钢层状组织特征的同时,提高其抗拉强度。通过对不同热处理工艺下的微观组织观察与性能之间的关系研究得出以下主要结果:(1)冷锻变形60%后,两相体积分数没有发生变化,双相钢的层状结构得到细化,两相平均层间距分别由铁素体相的6.8μm、马氏体相的6.2μm细化至2.2μm和2.6μm,冷锻变形后材料的强度达到1.3GPa,但是塑性显著降低,总延伸率不足5%。(2)冷锻变形后退火处理,双相钢的层状结构具有良好的热稳定性,高温长时间退火后双相钢仍能保持明显的层状结构组织特征。(3)随着退火温度的升高和退火时间的延长,铁素体晶粒发生明显的再结晶现象,并且再结晶晶粒主要沿原轧制方向生长,在650~oC退火5min,再结晶铁素体晶粒主要以等轴晶为主,继续升高温度或延长退火时间,再结晶晶粒沿原轧制方向生长,铁素体相演变为竹节状微观组织。(4)马氏体相在整个退火过程中在较低温度下分解形成碳化物析出相和新生铁素体相,较高温度下在原马氏体相处得到了等轴细小的铁素体晶粒和马氏体/奥氏体岛,并随着退火温度的升高和退火时间的延长,马氏体/奥氏体岛的尺寸明显增大。(5)纳米压痕实验结果表明,冷锻变形后,铁素体、马氏体两相硬度均得到了提高,同时两相界面处的硬度符合混合法则。而位错与界面的相互作用在不同的热处理条件下不同。