双相不锈钢由铁素体(δ)和奥氏体(γ)两相组成,兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,具有优良的力学和耐蚀的综合性能,目前被广泛应用于石油化工、海洋、造纸和能源等行业,在石油化工、造纸、食品加工等行业双相不锈钢需要在高温环境下服役,而双相不锈钢中加入较多的合金元素,在500-1000℃下等温过程中易产生σ相、氮化物、χ相等金属间相,对材料的冲击韧性和耐腐蚀性能有很大影响。镍在双相不锈钢中大量使用增加了成本,本文尝试用低成本的锰代替镍,研究锰对22%Cr双相不锈钢时效析出行为的影响,为节镍型双相不锈钢的开发以及高温环境下加工和使用提供参考。本论文从合金元素和时效温度对22%Cr双相不锈钢的组织和力学性能进行了系统的研究。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、析出动力学和夏比冲击试验等分析仪器和手段,重点研究了 Mn对双相不锈钢500℃、600℃、700℃和800℃时效不同时间的析出行为的影响。本文主要研究结果如下:固溶处理结果表明:固溶温度从1040℃、1120℃升至1220℃,22%Cr双相不锈钢奥氏体相比例减小,冲击韧性下降,固溶温度1040℃时,实验钢两相比例较均衡,冲击韧性较好。时效析出行为研究结果表明:双相不锈钢时效析出行为主要发生在δ/γ晶界上和δ相内,时效温度升高可促进析出行为,不同时效温度析出相类型也不同:500℃时效温度下,析出相主要是为针状相和χ相,针状相随时效时间延长变得细小,最后完全转化为块状χ相;600℃时效温度下,析出相主要是χ相、σ相和γ2相,析出机制为:δ→2 + σ(χ),细小的χ相在晶界处最先析出,γ2相和σ相共析状析出相随后析出;700℃和800℃时效温度下,析出相主要是γ2相、σ相和M23C6碳化物,按照δ→γ2+ M23C6和δ→γ2 + σ的机制析出。锰元素对χ相和σ相的析出均有促进作用:500℃时效温度下,实验钢锰含量增加,χ相中锰含量递增,钼含量递减,锰原子替代钼原子改变了 χ相的晶格常数导致χ相与铁素体共格,使χ相可在500℃时效温度下大量析出并稳定存在;600℃时效温度下,χ相锰含量较低,锰元素更易富集于σ相中,促进σ相析出;700℃和800℃时效温度下,实验钢锰含量越高,M23C6碳化物析出越早,σ相析出提前,σ相最大析出量也越大。析出动力学结合冲击实验分析结果表明:锰含量和时效温度都会影响δ相分解动力学参数。相同时效温度下,锰含量增加,反应常数k和时间指数n均增大,δ相分解时间提前,分解速率加快;相同成分下,随着时效温度增加,k值显著增大,时效温度从600℃增至800℃,δ相分解时间提前。少量δ相分解对试样冲击韧性影响不大,δ相分解体积分数超过3%会导致试样的冲击韧性迅速降低。时效初期δ相分解数量较少,冲击韧性主要受双相不锈钢两相组织的影响,锰含量较高的试样奥氏体相比例较大,冲击韧性较好;时效中后期,试样韧性主要受σ相影响,锰含量较高的试样σ相数量更多,冲击韧性较差。