碳素双相钢是由较软的铁素体（α）基体和弥散分布的硬质第二相马氏体（以及残余奥氏体（γ）或贝氏体）组成的高强钢,同时具有较高的强度和良好的韧性,广泛应用于各工业领域。双相钢一般通过两相区等温后快速或中速冷却的热处理方式进行制备。本文采用实验和模拟相结合的方法,研究了Fe-0.323C-1.232Mn-0.849Si（mol.%）双相钢在不同热处理过程中的显微组织和溶质分布的演化,深入分析工艺-组织-性能之间的关系,为优化工艺参数、提高性能提供指导。采用拉伸试验、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和三维原子探针（3-D APT）等实验方法研究了热处理后双相钢试样的力学性能、显微组织和溶质分布。发现相较于轧制态试样,800℃等温后空冷（800AC）试样的屈服平台较短、屈服强度较低,显微组织中存在分布于α/α晶界处的马氏体,其具有孪晶亚结构和较高的C、Mn浓度;800AC试样经400℃回火（800AC-400T）后,屈服平台变长,屈服强度升高,α/α晶界处的马氏体转变为层片状的回火马氏体。760℃等温后淬火（760WQ）组织中存在体积分数为0.17的典型板条马氏体;而760℃等温后空冷（760AC）试样含有体积分数为0.09的第二相,该第二相具有不同的形貌与成分特征,包括高密度位错（板条马氏体）和细密孪晶线（孪晶马氏体）、不同尺寸的碳化物（自回火马氏体）和极少量的残余奥氏体。相较于先前未考虑Mn对界面迁移影响的元胞自动机（CA）模型,本文首次建立了耦合溶质拖曳效应（SD）的CA-SD模型,对Fe-0.323C-1.232Mn-0.849Si（mol.%）双相钢在800℃等温及随后以6℃ s-1冷却的空冷过程和400℃回火过程进行模拟。结果表明,随着冷却过程中g→α相变进行,α和γ相中的C浓度逐渐升高且分布不均匀。当冷却至Ms温度（117℃）时,体积分数为0.065的残留γ相转变为马氏体。CA模拟的等温和空冷结束时的显微组织和马氏体中的C成分分别与SEM照片和APT分析结果吻合。经400℃回火20 min后,马氏体发生分解,模拟得到回火后的α基体中的平均C浓度高于空冷α基体的平均C浓度。结合模拟和实验结果分析了不同热处理试样表现出不同屈服现象的机理。针对目前还未见包含置换原子作用的α→γ相变解析模型,本文首次建立了基于Gibbs自由能平衡的α→γ相变GEB解析模型,对Fe-0.323C-1.232Mn-0.849Si（mol.%）双相钢在760和800℃等温过程中的α→γ相变动力学进行预测分析。结果表明,耗散能的存在减慢了相变速率并降低了最终稳定的γ相体积分数。通过调整Mn在α和γ两相中化学势差,GEB模型预测的α→γ相变动力学曲线与膨胀仪测得的结果吻合良好。GEB预测的γ相体积分数和α/γ界面C浓度与一维CA-SD模型预测结果吻合良好。针对目前的数值模型难以直接高效地耦合CALPHAD热力学计算的问题,本文首次建立了耦合数据管理系统PanDataNet的CA-CALPHAD模型。采用PanDataNet可使计算热力学相平衡的总时间缩短约两个数量级。采用CA-CALPHAD模型对Fe-0.323C-1.232Mn-0.849Si（mol.%）双相钢在两相区760和800℃等温及随后以6℃ s-1冷却的空冷过程进行模拟。CA-CALPHAD模型不仅能描述热处理过程中显微组织的演化以及α和γ相中的C成分分布,也可预测Mn、Si的偏聚行为。模拟的置换溶质偏聚趋势与APT结果一致。