ベイナイト
ベイナイトは等温保持及び連続冷却において、パーライト変態温度以下からマルテンサイト変態温度までの温度で変態して生成するミクロ組織である。ベイナイトは大きく上部ベイナイト及び下部ベイナイトが知られる。上部ベイナイトはパケット内で揃った針状のフェライトからなり、ラス間にフィルム状に連続的に並んだ炭化物は個々の針状フェライト(ベイニティックフェライトプレート)の方向と平行に並んで観察される。下部ベイナイトは板状のフェライトからなるが、その炭化物はフェライトと60°の角度で並んでいる。その他のベイナイト形態、例えば逆ベイナイトやグラニュラー(粒状)ベイナイト、針状ベイナイトといった変態は、特定の条件で発生する(図1に強調して示す)。
(2.8)
( 00 1 ̄ ) F e 3 C ‖ ( 112 ) α {\displaystyle (00{\overline {1}})_{Fe_{3}C}\|(112)_{\alpha }}
[ 100 ] F e 3 C ‖ [ 1 1 ̄ 0 ] α {\displaystyle [100]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}0]_{\alpha }}
[ 010 ] F e 3 C ‖ [ 111 ] α {\displaystyle [010]_{Fe_{3}C}\|[111]_{\alpha }}
しかしながら、最近の研究においてバガリャツスキー(Bagaryatski)は
(2.9)
[ 100 ] F e 3 C ‖ [ 1 1 ̄ 0 ] α {\displaystyle [100]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}0]_{\alpha }}
[ 010 ] F e 3 C ‖ [ 1 1 ̄ 1 ̄ ] α {\displaystyle [010]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}{\overline {1}}]_{\alpha }}
[ 001 ] F e 3 C ‖ [ 211 ] α {\displaystyle [001]_{Fe_{3}C}\|[211]_{\alpha }}
が適当であると報告している。
上部ベイナイトのベイニティックフェライトに含まれる炭素は、炭素過飽和であるにも拘わらずオーステナイト内に存在している。この過飽和オーステナイトは、高い変態温度においてはオーステナイト中の拡散により体積が減少して、(残ったオーステナイトに)炭素が強く濃縮する。剪断説と拡散説ともに上部ベイナイトにおいて炭素が変態界面前方のオーステナイト相に濃縮する点は一致するものの、剪断説で350°C以下で過飽和のベイニティックフェライトプレートが生成(して飽和炭素が炭化物として析出)すると考えることと、350°C以上で炭素が飽和していないベイニティックフェライトプレートが生成すると考えることの間には相当の無理がある。
低い変態温度の場合は、オーステナイト中の炭素の拡散が遅くなるために、この界面近傍で速い拡散が起ってある炭素量Xmに達する(図14)。このベイナイト変態は停止するまで素早く進むとともに、新たな二次的な核生成を可能とする。これらにより、変態温度の低下によってベイナイトラスの幅が小さくなり数が増加することが説明される。炭化物の生成によりオーステナイトに強く濃化した炭素が低減され、炭化物の生成が起こりうるなら、例えば珪素を多く含む鋼のように、ミクロ組織中に多量の残留オーステナイトが存在できるようになる。
ベイニティックフェライトラス(の束・シーフ)は厚い側の端となっているオーステナイト粒界を起点として長く伸びた板状をしている。その内部は図2に示すように、炭化物や残留オーステナイトで区切られたフェライトのサブユニットを含んでいる。互いのサブユニットがぶつかった場所は小傾角境界と、細い板或いは板状の形で観察され、ナバロ(Nabarro)の観察結果によるとこれらの領域では引張応力が働いている(図3に電子顕微鏡像を示す)。プレーンな亜共析鋼及び含珪素過共析鋼の下部及び上部ベイナイトの生成が、炭素が過飽和したフェライトから起きることが認められている。珪素を含まないプレーンな過共析鋼のみは、高い変態温度においてセメンタイトも変態の起点となる。その一つが逆ベイナイトである。
ベイニティックフェライトの核生成は熱格子振動と格子欠陥のために大抵オーステナイト粒界にて起きる。核が臨界半径以上に成長すると、核はサブユニットに成長する。新たな(二次的な)核生成は最初のベイニティックフェライトとの界面で起きる。