در این تحقیق مراحل تشکیل فاز مارتنزیت در فولاد کم کربن (c09/0~) با اعمال تغییر شکل سرد و انجام عملیات حرارتی بعدی آنیل میان بحرانی و به دنبال آن مرحله کوئنچ در آب، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. ابتدا نمونه های اولیه فولادی با ریزساختار فریتی- پرلیتی به میزان های متفاوت نورد سرد شدند و سپس، در دمایی متعلق به منطقه دو فازی ?(? + ?) برای تولید حدود 20 درصد آستنیت به مدت زمان های مختلف آنیل شدند. نتایج بررسی های ریزساختاری نشان دادند که پس از گذشت زمان معینی در فرایند آنیل میان بحرانی، کلونی های پرلیت در ریزساختار اولیه فولاد به فاز آستنیت تجزیه شده و فاز آستنیت تولید شده در مرحله بعدی کوئنچ در آب به فاز مارتنزیت تبدیل شد. نتایج به دست آمده نشان دادند که با افزایش زمان آنیل میان بحرانی نه تنها میزان بیشتری فاز مارتنزیت در فولاد تولید شد، بلکه مورفولوژی فاز مارتنزیت در ریزساختار نهایی فولاد دچار تغییرات اساسی گردید. با انجام تحلیل تصویری، اندازه ی متوسط جزایر فاز مارتنزیت تولید شده در نمونه های فولاد دو فازی تعیین شد. با توجه به زمان نگه داری نمونه ها در دماهای متفاوت آنیل میان بحرانی، دو اندازه متفاوت جزایر مارتنزیت در نمونه های فولاد دو فازی به دست آمد؛ یعنی زیر 1 میکرون و حدود 5 میکرون. با تحلیل نتایج آزمون کشش مشخص شد که پارامترهای ریزساختاری اندازه دانه فریت، مقدار مارتنزیت، مورفولوژی و چگونگی توزیع مارتنزیت عوامل موثر بر خواص فولاد دو فازی هستند. به طور کلی با افزایش درصد مارتنزیت نمونه های فولاد دو فازی، استحکام افزایش و انعطاف پذیری کاهش یافتند. اما در شرایطی که فاز مارتنزیت توزیع مناسبی از نظر اندازه داشته باشد، فولاد دو فازی انعطاف پذیری بهتری را نشان می دهد. نمونه های با توزیع دوگانه اندازه ذرات ترکیب بهتری از استحکام و انعطاف پذیری را نشان دادند. با تحلیل رفتار کار سختی نمونه ها مشاهده شد که با افزایش مقدار مارتنزیت نرخ کار سختی کاهش پیدا کرده و همچنین سرعت کرنش سختی اولیه با ریز کردن دانه افزایش یافته و در سطوح کرنش بالاتر، تأثیر ریز کردن دانه کاهش می یابد. رفتار تنش- کرنش این فولادها نیز با استفاده از مدل نابجایی برای نمونه های با ذرات ریز و مدل اشلبی برای نمونه های با ذرات درشت، مدل سازی شد. در مورد فولاد با اندازه ذرات دوگانه جهت مدل سازی از هر دو روش مدل سازی استفاده شد. مشاهده شده که بین منحنی های تنش- کرنش بدست آمده از آزمون کشش و منحنی تنش- کرنش مدل شده تطابق خوبی برقرار می باشد.