双相不锈钢的固溶组织由奥氏体和铁素体相复合而成,组成相比例约为45%-55%。因兼备优异的耐腐蚀能力、良好的力学性能以及可焊接性,被广泛应用于纸浆和造纸、海上运输、石油化学以及天然气等工业领域。但是,由于奥氏体和铁素体相在晶体结构以及性能方面存有差异,双相不锈钢具有相比单相铁素体和奥氏体不锈钢更加复杂的塑性变形行为。目前,双相不锈钢中厚板以及大口径厚壁管材的热加工仍然存在一些困难。为此,本文以双相不锈钢DSS2205和超级双相不锈钢SDSS2507作为研究对象,对实验钢的相转变机理、热压缩条件下的变形行为、高温拉伸及扭转变形条件下的组织性能以及热轧工艺参数等方面进行了系统的研究。本文获得的主要研究结果如下:1.σ相是不锈钢中危害性最大的金属间化合物。研究发现,相比于DSS2205,SDSS2507中σ相的析出速率更快,析出行为更为复杂,在850℃等温时效条件下通过δ→σ+γ2和γ→σ两种反应机制形成。本文以δ相不同的析出机理为依据,采用分段式JMA模型描述SDSS2507中σ相的析出行为,获得了理想的自洽效果。2.研究了双相不锈钢热压缩条件下的变形行为,建立了合金热变形本构方程和热加工图,揭示了两相的动态软化机理及应变配分规律。研究发现,铁素体相软化机制为动态回复和连续动态再结晶,奥氏体相则为不连续动态再结晶。温度和应变速率显著影响两相的应变配分规律以及材料的热变形激活能。当应变速率较小时(0.01s-1),材料的热变形行为由软相铁素体控制,热压缩过程中热变形激活能连续性下降。应变速率增大时,铁素体动态再结晶被推迟,奥氏体相塑性变形有所增强,热变形中期激活能曲线出现平台现象。热加工图结果表明,在950-1200℃/0.01s-30s-1范围内降低应变速率以及提高变形温度可有效增加合金的流变稳定性,提高双相不锈钢的热加工性能。3.对实验钢分别进行高温拉伸和热扭转实验,揭示了不同变形方式下双相不锈钢的热变形行为和断裂机理。在高温拉伸条件下,双相不锈钢的热塑性主要受两相动态软化能力的影响,材料可在1050-1200℃范围内保持近90%的断面收缩率;在热扭转条件下,受两相界面形态所控制的软相铁素体分布连续性是合金热扭转塑性的关键性影响因素,材料的断裂应变在950-1200℃范围内表现出对温度很强的敏感性。针对双相不锈钢大口径无缝钢管成品率较低的问题,结合实验分析提出优化合金热变形时两相界面的分布规律是改善双相不锈钢热穿孔性能的有效途径。4.采用高压扭转变形方法进一步研究双相不锈钢的扭转变形行为,并对剪切应变条件下材料的组织与性能之间的对应关系进行了系统的考察,结果表明:两相界面对双相不锈钢的力学性能具有重要的影响。不同扭转圈数及区域内合金的硬度与两相平均宽度符合Hall-Petch关系。材料受到扭转时,铁素体晶粒细化机制为形变位错之间的交互作用,而奥氏体相中的晶粒细化机制则相对复杂,变形初期其主要发生位错与孪晶界的交互反应。随着扭转变形的进行,奥氏体晶粒的细化对其形变孪生机制具有显著的抑制作用,位错滑移成为主要的变形机制。5.为明确双相不锈钢热加工各道次间隙过程中的组织演变,对实验钢DSS2205和SDSS2507进行双道次热压缩试验,结果表明:在较高的温度下(1200℃),保温时间的延长在增加合金静态软化率的同时降低了第二道次变形时的变形抗力,有利于材料后续的热加工过程。而在较低的温度下,随着保温时间的增加,铁素体相中有大量的二次γ相形成,这一现象在DSS2205中表现得尤为显著,致使合金第二道次变形时的变形抗力明显提高。6.针对双相不锈钢热轧板材常见的表面裂纹和边部裂纹等问题,提出了可以显著提升合金板材表面质量的轧制工艺方案。实验发现,变形区形状系数显著影响轧板微观组织以及塑性变形的均匀性。在DSS2205的多道次热轧实验中发现,合理地设计各道次变形区形状系数可显著提升双相不锈钢热轧板材塑性变形及微观组织的均匀性,从而改善轧板的表面质量。