双相不锈钢与其他不锈钢一样，为满足使用的机械性能和耐腐蚀性能的要求，应当依靠正确的热处理来保证。
双相不锈钢机械性能和耐腐蚀性能的改善，是通过改变双相不锈钢两相的比例、两相中合金成分及消除其他析出相来实现的。双相不锈钢在不同的加热温度和不同的冷却条件下，对两相比例、两相中合金成分和析出相均产生重要的影响。这就是确定双相不锈钢正确热处理的主要依据。
一、加热温度与两相比例的关系
我们已经知道，双相不锈钢在平衡状态下的两相比例主要与化学成分有关，即与钢中铬当量和镍当量及其它们的比例系数P有关，P=Cr/Ni.所以，一般情况下，用P值来衡量双相不锈钢的两相含量比，P值越大，说明双相不锈钢中的铁素体含量也越大。
但是，双相不锈钢中两相的比例还受钢的加热温度的影响。
即P相同的双相不锈钢，在不同的温度加热后，有不同的两相比例。见图6-9。
图6-9 中三种双相不锈钢的化学成分见表6-4 。
从图6-9可见，双相不锈钢随加热温度的升高，奥氏体不断减少，铁素体不断增加，当加热温度超过1300℃时，某些双相不锈钢甚至可以变成单相铁素体组织。
因此，为了调整双相不锈钢两相组织具有理想的比例，应控制合理的加热温度和保温时间。
二、加热温度对两相中合金成分的影响
双相不锈钢两相相对稳定平衡时，合金元素在两相中的含量也相对稳定。但是，合金元素在两相中的分配是不同的。一般的分配规律是，铁素体形成元素，如铬、钼、硅等富集于铁素体中；奥氏体形成元素，如镍、氮、锰等富集于奥氏体中。
合金元素在不同的加热温度条件下，在两相中的分配是不同的，而且，随着温度的升高，合金元素在两相中的分配趋于均匀，即合金元素在铁素体中的含量与在奥氏体中的含量的比值K趋向于1。见表6-5。
所以，选择合理的加热温度，使两相组织中有合适的合金元素含量，使每一相都具有较高的耐点腐蚀当量值，可以保证双相不锈钢的耐腐蚀性能。
三、加热和冷却对双相不锈钢中析出相的影响
双相不锈钢在加热和冷却过程中，除两相比例、两相中合金元素发生变化外，还有一些其他相，如碳化物相、氮化物相、金属间相、二次奥氏体等的析出和溶解过程，见图6-10。
图6-10表示一种双相不锈钢（约含21% Cr、7% Ni、2.5%Mo)经1000~1050℃加热后，含有30%~50%的铁素体，再在不同温度加热后可能产生的析出相。有碳化物M7C3、M23C6,金属间相σ、x、α'及R、π等，二次奥氏体γ2.含氮的双相不锈钢还可析出氮化物CrN、Cr2N.这些析出相的存在会对双相不锈钢的机械性能和耐腐蚀性能产生不利的影响。
1. 碳化物
双相不锈钢，特别是大于0.03%碳的双相不锈钢，在低于1050℃温度加热、保温时，在铁素体和奥氏体相界面处将有碳化物析出。高于950℃时析出M7C3型碳化物，低于950℃时析出M23C6型碳化物。因为双相不锈钢中，奥氏体中含碳高，铁素体中含铬高，所以，在奥氏体和铁素体相界面上形核最容易、最多，在奥氏体与奥氏体相界面，铁素体与铁素体相界面上会形核和析出碳化物，只不过是析出量不如奥氏体与铁素体相界面多而已。
在析出的碳化物长大的过程中，要消耗周围的铬，产生贫客区，即出现易腐蚀区。同时，有部分铁素体由于铬含量降低，还会转变成二次奥氏体γ2.
当然，随着冶金技术的提高，一些超级双相不锈钢的含碳量可以控制在小于0.03%或更低。因此，在这类双相不锈钢中，碳化物析出量很少，并且双相不锈钢含铬量又较高。所以，碳化物对双相不锈钢耐腐蚀性能的实际影响远小于在奥氏体不锈钢中的影响。
一旦在某些双相不锈钢中有碳化物析出，只要在固溶温度保温后快速冷却，即可阻止碳化物的析出。
2. 金属间相
由于双相不锈钢中含有较高量的铬、钼等金属元素，所以，较易形成金属间化合物，即金属间相。
a. σ相
双相不锈钢中的铁素体中除了高的铬元素外，还有钼和镍的存在，尤其是钼扩大了σ相的形成温度范围，缩短了σ相形成的时间，所以，双相不锈钢中σ相的形成比奥氏体不锈钢更严重。试验研究表明，双相不锈钢中的σ相在950℃左右即可形成，而且在数分钟之内就可析出。
根据对00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢的研究表明，σ相优先在铁素体－奥氏体－铁素体相交点处形核，然后沿铁素体－铁素体晶界长大。
还有的研究认为，在600~800℃温度范围，高铬的铁素体可发生共析分解，在部分奥氏体－铁素体相界处析出M23C6型碳化物，这会引起铁素体的贫铬，又使奥氏体－铁素体相界向铁素体方向迁移，这部分贫铬铁素体可能转变成二次奥氏体，在二次奥氏体的长大过程中，使从其中释放出的铬转移给附近的铁素体相，这部分富铬铁素体有可能促进σ相析出。这一复杂的σ相析出过程可以用图解表示，见图6-11。
无论以何种方式析出形成的σ相，都会显著降低双相不锈钢的塑性和韧性。并且，在σ相周围会形成贫铬区，成为影响双相不锈钢耐腐蚀性的原因之一。
为了防止σ相的析出，应在固溶温度保温后快速冷却。
b. x相
双相不锈钢在600~900℃温度范围内，可能沿奥氏体和铁素体相界析出x相，相对于σ相，x相在较低的温度范围内存在。x相也是一种富钼、铬的金属间相，结构式为Fe36Cr12Mo10。x是硬而脆的相，对钢的塑性和韧性产生不利的影响。x相属高铬、钼金属间相，其形成长大过程中也必然产生周围的贫铬区，成为腐蚀源，降低钢的耐腐蚀性。与x相相似，某些双相不锈钢还发现有R相，其也是富铬、钼金属间相，也有与x相相似的不利作用。
在双相钢使用中不希望x相、R相存在，应通过固溶处理快速冷却来消除。
c. α'相
双相不锈钢在400~500℃温度区间也会表现出脆性，类似于铁素体不锈钢中的475℃脆性。双相不锈钢的这种脆性产生在铁素体相中。经研究发现，双相不锈钢中的这种脆性与α'相有关，并且确定α'相的产生是双相不锈钢中的铁素体在这个温度区间按照Spinodal分解机制发生的两相分离的结果。铁素体的分解形成了富铬和富铁的亚微观尺度的原子偏聚区。这个富铬的偏聚区被称为。α相。这里对富铬区的形成和解释虽然与铁素体不锈钢中富铬区及475℃脆性形成表述不同，但道理应是相似的。
α'相的存在对双相不锈钢的严重危害就是脆性。因双相不锈钢含碳比铁素体不锈钢含碳低，且含铬高，所以，高铬区的形成在耐腐蚀性方面的影响不明显。
为保证双相不锈钢有良好的塑性和韧性，应采用正确的热处理方式消除α'相。
总之，双相不锈钢中的这些金属间相对塑性和韧性，对耐腐蚀性均产生不利的影响。因此，在双相不锈钢的热加工过程中，应尽力避免它们的产生。一旦产生了，就应通过重新加热到正确的固溶温度使之溶解，再采用快速冷却的方式防止其再形成。
3. 二次奥氏体γ2
双相不锈钢中的两相组织随加热温度的升高而变化，当温度超过1300℃时，有些双相不锈钢可能全部为铁素体组织，这时的铁素体稳定性差，在以后的冷却过程中，在铁素体晶界处会有部分铁素体转变成奥氏体，这种奥氏体称做二次奥氏体。依据冷却速度不同，二次奥氏体的形成机制及形态也有所差别。
在较高温度下形成的二次奥氏体是以形核和长大的方式完成的，属扩散型转变。经研究发现，高温形成的二次奥氏体多在铁素体的位错处形核，沿铁素体亚晶界长大，所以，在组织形态上具有魏氏组织特征。高温形成的二次奥氏体与周围的铁素体相比，具有较高的含镍量和较低的含铬量，在基体中形成成分的不均匀性。
在较低温度范围，如在300~650℃温度区间形成的二次奥氏体具有非扩散型转变特征，属马氏体型的切变转变。在自高温水冷时，一般得不到这种二次奥氏体。
再一种情况是在600~800℃温度范围，组织中析出σ相或碳化物时，在其周围形成的富镍贫铬区也会转变为二次奥氏体。所以，有的将这种二次奥氏体的形成方式归类于铁素体共析反应，是共析反应产物。
无论是以哪一种方式形成的二次奥氏体，都会造成新的合金成分的不均匀性，给耐腐蚀性带来不利的影响。
4. 氮化物
在含氮的双相不锈钢中，由于氮在铁素体中的溶解度很低，呈过饱和状态。所以，自高温冷却时，可能有氮化物，如Cr2N或CTN析出。氮化物本身对双相不锈钢的机械性能和耐腐蚀性能不会产生明显的影响，但Cr2N常常伴生二次奥氏体，这会引起局部成分的不均匀性，给耐腐蚀性带来不利的作用。
综上所述，双相不锈钢热处理的理论依据就是利用合金元素和碳化物或金属间相在加热时可溶解于基体中，而快冷不再析出的原理。这些内容在本书前面各章节有论述，这里不再进一步说明。
双相不锈钢的热处理方式是加热保温后采用快速冷却。从工艺过程看，完全相当于奥氏体不锈钢的热处理，通常也称固溶热处理。
这里需要说明的一个问题是，双相不锈钢的固溶热处理相当于奥氏体不锈钢的固溶热处理，或者说适合于双相不锈钢中的奥氏体相部分，而与铁素体不锈钢热处理存在着矛盾。在铁素体不锈钢热处理部分曾经指出，超过925℃以上并快速冷却下来，可产生高温脆性和晶间腐蚀，双相不锈钢之所以可以采用高温固溶，是因为双相不锈钢的含碳量远低于铁素体不锈钢，这一成分特征保证了固溶冷却时不至于产生碳的合金化合物析出的后果，所以，双相不锈钢的铁素体相不至于产生高温脆性和晶间腐蚀。
