针状铁素体(AF)
AF的原始意义是根据二维形态观察得出的具有针状形貌的一种铁素体。针状铁素体一般在非金夹杂物处非均匀形核，然后从这个形核地点向许多不同的方向辐射生长，典型的针状铁素体组织常见于管线钢焊缝金属组织。由于AF生长时取向随机分布，不存在与原始基体的位相关系，能够有效地阻止裂纹的扩展，故具有很好的力学性能，特别是韧性。针状铁素体的概念是由Y E Smith在1971年提出的，它是指低合金高强度钢中所形成的一种不同于铁素体―珠光体的类贝氏体组织，是微合金化钢在控轧控冷过程中，在稍高于贝氏体温度范围，通过切变和扩散的混合相变机制而形成的具有高密度位错的非等轴铁素体[8]。针状铁素体在光学显微镜下的形貌特征是不规则的铁素体块，并不是针状，这里所说的“针状”形貌是在透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope， TEM)下观察到的形貌。TEM下AF没有规则外形形貌，尺寸大小不等，但针状形貌的长轴方向大部分平行排列，针内具有高密度位错亚结构，晶粒间以小角度晶界为主。另外，光学显微镜下在AF晶粒内或晶粒内分布着细小的灰色颗粒，这些灰色颗粒为具有较高碳含量的马-奥(Martensite/Austenite， MA)岛。
针状铁素体是X70和X80管线钢的典型组织，管线钢中的针状铁素体是一个混合组织，主要由粒状贝氏体、M/A岛、多边形铁素体和准多边形铁素体组成。在TEM下，AF由大量的带有高密度位错度的板条铁素体组成，若干板条平行排列构成板条束，一个奥氏体晶粒可以形成很多板条束，板条界为小角度晶界，板条束界面则为大角度晶界，板条间可能有条状分布的M/A岛，见图1.13所示。针状铁素体形态与低碳钢中的无碳贝氏体相似，只是由于成形温度稍高，略高于上贝氏体。板条特征不如无碳贝氏体发达，有些板条界的形成还会发生回复，以至常能观察到板条界不连续的现象。它的转变以扩散和剪切的混合机制实现转变，因为转变只涉及铁素体(F)，不形成Fe3C，其中的少量奥氏体只是残留相(部分奥氏体冷却时转变为马氏体)，故称该产物为铁素体，而不称贝氏体。又由于铁素体呈板条形态，因此命名为针状铁素体，获得这类组织的钢种称为针状铁素体钢。从本质上看，针状铁素体属于贝氏体，从金相观察角度来看，针状铁素体组织就是粒状贝氏体。
图1.13 X80针状铁素体组织
粒状铁素体(GF)
GF与AF有很多相似之处，都属于奥氏体中温转变产物，只是粒状铁素体的形成温度稍高，或冷却速度稍慢，因而组织形态稍有不同，所以把它们列为独立的一类组织。与AF相同的是，都有弥散的奥氏体或MA岛分布于F基体中，不同的是，小岛具有粒状或者等轴形状。TEM证实铁素体基体由含有较高位错密度细小亚晶组成，亚晶一般为等轴状，在亚晶相遇处形成了封闭的岛状组成物。对粒状铁素体和粒状贝氏体组织存在着很多争议，研究贝氏体相变的很多学者认为，粒状铁素体和粒状贝氏体虽然形貌有相似之处，但转变机理和本质是不同的。GF是通过块状转变析出的先共析铁素体，岛状物呈不规则分布，而后者为中温转变形成的贝氏体，TEM下基体亚结构为板条[9]。由于GF和粒状贝氏体在金相下非常相似，所以在管线钢中不再把二者区别开，而是把GF当作GB来处理。
