多边形铁素体(PF)
PF又称为等轴铁素体，PF是碳在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。随着温度降低，管线钢发生奥氏体相变时，铁素体首先沿原奥氏体晶界析出，如果相变温度很低，有足够的相变时间，析出的铁素体逐渐长大，转变为具有规则外形的先共析铁素体，一般情况下多边形铁素体呈等轴状，故称为多边形F或等轴F。如果转变量很少，转变又常常从晶界开始，此时的F分布勾画出了母相奥氏体晶界的轮廓， 故常称它们为仿晶界型F( Allotriomorph Ferrite) [6]。PF多出现在X65以下低级别的管线钢和双相管线钢中。图1.10为X52和X60中的多边形铁素体，晶粒尺寸一般在10mm左右。多边形铁素体由于含碳量极低，且具有较低的位错密度，同时还有一定量的析出相(析出相的尺寸和含量与钢中添加Nb含量有关)，因而PF通常具有较低的抗拉强度和屈强比，但具有较高的塑性和韧性，冲击韧性可达到200J/cm2以上。所以，多边形铁素体是大应变管线钢中主要的显微组织。
图1.10 X52和X60管线钢中多边形铁素体[7]
准多边形铁素体(QF)
QF也称块状铁素体，准多边形铁素体或块状铁素体也是先共析铁素体的产物，是在较低温度下通过另一类相变方式——块状转变而得到。
块状转变的特点是新相与母相成分相同，合金只要过冷至新相、母相自由能相同温度下，就能发生这类转变。QF的生长都是由热激活过程所控制，铁素体晶粒生长可越过奥氏体晶界，使原奥氏体晶界的轮廓被掩盖。含碳很低的碳钢在快速冷却时有可能满足这个条件，以块状转变方式实现先共析转变。准多边形QF不像多边形F那样具有规则的类等轴晶粒形貌，这也是鉴别准多边形QF和多边形PF的依据之一，见图1.11。
图1.11 X70管线钢中的QF和PF[7]
QF与PF相比，两者的转变温度不同，导致不同的机制和组织形貌。PF接近平衡相，其成分与母相奥氏体不同，PF生长受控于置换原子的快速迁移及碳原子的长程扩散。PF与母相常有确定的位向关系，其一部分界面与母相保持共格或半共格，通常生长速度较慢。而QF是在较低的温度下块状转变而成，由于新相、母相成分相同，故不需要长程扩散，只要新相原子越过界面即可生长，且新相与母相的界面在所有方向都是非共格的大角度晶界，所以转变速度特别快，由于原子的置换和迁移发生在界面上，导致不规则生长和锯齿形界面且超出了原奥氏体晶界，呈高度不规则，犹如一块无特征的碎片。与PF相比，QF具有较高的位错密度、位错亚结构，有时还有马氏体-奥氏体(MA)成分。QF组织有较高的强度和优异的延性，由于内部较高的位错密度和MA小岛，使得钢具有低的屈强比和高的应变硬化速率。而多边形铁素体(PF)在光学显微镜下观察，基本上是等轴的晶粒，晶界明锐直平，通常含有较低的位错密度。多边形铁素体主要在奥氏体晶粒的三叉晶界及晶界拐角处形核，以扩散方式长大，长大过程中铁素体晶粒尺寸超过原奥氏体晶界，原奥氏体转成多边形铁素体[6]。准多边形铁素体多出现在X70和X80级针状铁素体管线钢中。
