Utilizando acero 0.37C-0.6Mn-0.82Cr como material experimental, se adoptó una ruta de preparación con tratamiento térmico de homogeneización, laminado en frío y tratamiento térmico en zona bifásica. El estudio se centró en el mecanismo de influencia de diferentes regímenes de tratamiento térmico sobre las propiedades mecánicas y la microestructura del acero 0.37C-0.6Mn-0.82Cr. Los resultados mostraron que mediante el recocido con enfriamiento en horno de 840 ℃ a 800 ℃ (1,5 min) y posterior enfriamiento al aire, se preparó con éxito un acero dúplex ferrita-martensita con una dureza de 298.7 HV, una resistencia última a la tracción de 928 MPa, un límite de fluencia de 858 MPa y una elongación del 17.8%. Esto se debe principalmente a la refinación de la microestructura martensítica causada por el laminado en frío. Durante el tratamiento térmico con enfriamiento en horno de 840 ℃ a 800 ℃ (1,5 min) y enfriamiento al aire, parte de la microestructura de grano fino experimentó una recuperación estática y recristalización, obteniéndose finalmente un tamaño de grano fino de aproximadamente 1 μm y de grano grueso de 4~5 μm, con la estructura gruesa completamente envuelta por la fina. En el proceso de deformación del material, esta microestructura logra un fortalecimiento sinérgico mediante la distribución de la deformación entre las zonas de grano grueso y fino, mejorando así las propiedades mecánicas del material.