TCS铌钛双稳定铁素体不锈钢，是一种低铬镍铁素体不锈钢。钢中加入的微合金元素Nb、Ti，与C、N结合形成碳氮化物，起到固碳(氮)保铬的效果，增强了钢的耐晶间腐蚀性能。但是，TCS焊接热影响区(HAz)的韧性较差，限制了它的推广和应用，有必要对TCS焊接HAZ的组织和性能演化规律进行研究，以改善其焊接性能。鉴于HAZ较窄(仅有3-5mm)，研究起来相当困难，而焊接过程是一个特殊的热处理，即母材在很短的时间内经历了一个快速的加热冷却过程。本文从TCS钢组织热稳定性着手，通过热力学计算、传统热处理工艺和科学先进的热模拟技术，进行系统全面的研究TCS钢组织和性能受不同热作用时的演化规律，从而为进一步改善HAZ的性能提供参考。 本文研究发现双稳定TCS不锈钢的室温组织为铁素体+少量的低碳马氏体，微合金元素主要以两类化合物的形式存在，即：富Ti的氮化物Ti(Nb)N，晶粒尺寸在2-5μm左右；以Nb为主要元素的碳化物Nb(Ti)C，晶粒细小，多在20-50nm。 根据Thermo-calc和PANDAT的软件计算结果，参考热分析测试结果和原位观察结论确定：TCS不锈钢的初始凝固温度为1500℃，1490℃凝固完成为高温铁素体组织，低于1250℃进入高温铁素体和奥氏体双相区；1110℃-825℃为奥氏体存在的大致温度区间；825℃时开始发生奥氏体向常温铁素体住址转变(Y→α)，725℃以下为常温铁素体组织。 采用传统热处理试验研究表明：900℃以下TCS钢具有很好的热稳定性；当热处理温度为1000℃～1200℃时，淬火后组织中马氏体含量增多，促使钢硬度、抗拉强度增大，冲击韧性和延伸率降低；温度高于1200℃时，高温铁素体(δ)组织开始形成，使得硬度和抗拉强度开始下降。1300℃以上长时间保温使得晶粒异常长大，材料的强度和硬度与未处理试样相当，冲击功和延伸率显著下降。 通过热模拟试验发现：峰值温度低于1200℃时，TCS钢的组织热稳定性较好，热模拟试样组织晶粒长大不很严重，从母材的10μm长大到50μm左右；当峰值温度高于1200℃时，晶粒有异常长大现象，晶粒平均尺寸迅速长大到几百个微米，材料韧性严重降低，组织脆化。 原位观察知：升温速率增大，推迟了α→γ转变温度，升温速率越大转变温度越高。以200℃/min快速升温时，α→γ转变温度在800℃左右，γ→δ转变温度在1270℃附近，温度高于平衡凝固时的相变温度；降温过程中，有少量γ在高温铁素体晶界处呈针状析出，温度在980℃左右，比热力学计算结果略低；马氏体的析出温度低于450℃，低于热分析得到的马氏体点589℃。根据温度变化速率对相变温度点的影响规律，该结果和前期的计算结果相符合。热循环最高温度为1450℃时，升温速率越大，高温组织中的γ残余越多，产生的马氏体越多；热循环最高温度同在奥氏体区(1100℃)时，升温速率越小，α→γ转变越充分，在1100℃的组织中γ的含量相对就越多，冷却得到的马氏体也越多。