双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点,具有高强度、良好的耐蚀性以及优越的焊接性能,是一种重要的结构材料;与拥有相近性能的超级奥氏体不锈钢和镍基合金材料相比,由于在成分上以氮代镍,具有成本优势,是一种资源节约型不锈钢。同时,双相不锈钢的设计使用寿命长,服役周期成本低。该类合金已广泛应用于化学品船、油气田、烟气脱硫、海水淡化等工业领域中,市场潜力巨大。S32750属于第三代双相不锈钢,是超级双相不锈钢的典型代表。该合金具有比普通双相不锈钢更高的铬、钼、镍以及氮含量,点蚀当量数可达40,适用于海水热交换器、深海油气开采等极端环境。由于S32750化学成分和铸态组织结构的特殊性,热变形条件下铁素体和奥氏体的力学性能和软化机制存在较大差异,使S32750热轧钢卷易出现边裂和表面裂纹等缺陷,严重影响产品的成品率和生产效率,成为限制其推广应用的主要瓶颈之一。另外,S32750连铸坯轧制成为钢板后,在后续中温热处理（600～1000℃）和高温热处理（1100～1250℃）过程中存在组织转变复杂以及合金元素在两相中再分配等问题,引起材料的力学性能和耐蚀性能恶化,导致断带等生产事故以及产品失效。针对以上问题,本论文采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）等手段,通过Gleeble热模拟试验系统研究了铸态S32750的热变形行为、微观组织和织构变化规律以及两相的动态软化机制;对不同热处理工艺下S32750热轧板中第二相的析出行为、形核机制以及对性能的影响规律进行系统分析。主要研究结果如下:1、系统分析了铸态S32750的热变形行为,阐明了热变形过程中的微观组织变化规律与动态软化机制。结果表明,在变形温度为950～1200℃、应变速率为0.1～25 s-1、真应变为1.0的条件下,铸态S32750的热变形行为与变形温度和应变速率密切相关,两相组织的耦合作用导致真应力-真应变曲线呈现不同形态。在变形温度和应变速率较低时,流变曲线表现出“类屈服平台”特征;当应变速率较高或变形温度较高、应变速率较低时,流变曲线为典型的动态再结晶特征。通过建立热变形本构方程,并构建热加工图,优化了铸态S32750的热加工区间。2、变形温度较低时,奥氏体相的软化机制为动态回复;随着变形温度的升高,软化机制转变为非连续动态再结晶,且奥氏体相的再结晶比例随着温度的升高而增加。其典型的再结晶织构为立方织构,但强度较弱。铁素体相的动态软化方式为连续动态再结晶,再结晶比例在各变形条件下均维持在60%左右;再结晶织构主要为立方织构和旋转立方织构,且随着温度升高和应变速率降低,织构的强度增大,并向旋转立方织构集中。根据热加工图及组织转变的研究结果,提高变形温度,增大高温下的应变速率与应变量,有利于铸态S32750的高温变形。3、研究了S32750热轧钢板中Cr2N、χ相和σ相三种第二相在时效过程中的析出行为,揭示了金属间化合物χ相的析出机制,并阐明了多种析出相对S32750力学性能的影响规律。650～750℃时效60min内,铁素体晶界片层状Cr2N为主要的析出相。σ相主要在800～1000℃析出,析出数量远大于χ相和Cr2N。χ相的析出温度范围为650～850℃,其析出机制具有很强的温度依赖性。在650℃和700℃时效,χ相以均匀形核的方式在铁素体相内部形核长大,形态为透镜状;χ相与铁素体之间为非共格界面,符合位向关系（200）χ∥（101）ferrite,[013]χ∥[111]ferrite,应变能为相变的主要控制因素。在800℃和850℃时效,χ相以Cr2N为核心形核并长大,方式为非均匀形核,形态为颗粒状;χ相与铁素体之间为半共格界面,符合位向关系（1010）Cr2N∥（110）χ∥（110）ferrite,[1211]Cr2N∥[111]χ∥[111]ferrite,界面能为相变的主要控制因素。形核驱动力是导致不同温度下χ相的形核机制发生变化的原因。4、第二相均不同程度的恶化S32750的拉伸性能和冲击性能,影响程度与第二相的数量、形态和分布密切相关。晶界Cr2N降低材料的塑性,χ相使材料的强度和塑性降低,而σ相显著提高材料的屈服强度,大大降低塑性。当σ相析出量小于5%时,晶界片层状Cr2N是影响冲击韧性的主要因素,断口呈沿晶特征。σ相析出量大于5%后,韧性急剧降低,断口呈脆性解理特征,σ相成为影响冲击性能的关键因素。5、超级双相不锈钢S32750在1100～1250℃保温并以不同方式冷却后,淬火氮化物有Cr2N和CrN两种类型,高温、快冷会促进淬火氮化物的析出。由于高温下合金元素的再分配,氮元素在铁素体相内过饱和,因此氮化物在高于平衡析出温度时即产生了形核驱动力,导致其在冷却过程中析出。淬火氮化物对S32750的拉伸性能基本没有影响,强度和塑性与固溶态相当;对冲击性能的影响较小,1100℃和1150℃保温时,冷却方式对冲击韧性几乎无影响,冲击功约为250 J,随着保温温度的升高,韧性逐渐降低,空冷样品的降低幅度小于水冷样品的降低幅度,1250℃水冷样品的冲击功为173 J;对腐蚀性能有较大影响,在无氮化物析出的样品中,临界点蚀温度可达90℃左右。当铁素体中析出淬火氮化物后,样品的临界点蚀温度开始降低,1250℃水冷时仅为46℃。基于本论文的研究工作,通过工艺优化,解决了太钢在S32750热连轧卷板开发过程中所遇到表面和边部裂纹等问题,提高了产品成品率和生产效率,实现了规模化生产,并为用户使用过程中对该钢种加热履历的控制提供了具体有效的理论数据。