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微合金钢针状铁素体(AF)组织强度高、韧性好,在奥氏体晶内非金属夹杂物(特别是氧化物夹杂)上诱导形核,具有很强的自身细化晶粒的能力,通过氧化物冶金技术控制钢铁材料形成大量细小、弥散,具有诱导AF形核能力的有益微夹杂物,有望获得焊接性能优良的超细晶粒钢。然而,目前关于AF相变的理论研究还不完善,本文借鉴贝氏体相变理论对AF相变进行了理论研究。基于预相变形成奥氏体贫碳区的特点,采用KRC、LFG和MD活度模型及超组元算法,建立了Fe-C-X系微合金AF在奥氏体贫碳区先共析扩散转变和马氏体型切变转变的两种相变热力学模型,建立了AF在奥氏体贫碳区形核(长大)热力学模型,并针对某种微合金钢成分计算了AF转变的相变驱动力和形核(长大)驱动力,分析了AF中温转变机制。计算了AF扩散非共格和切变共格的形核功及AF在原奥氏体晶界形核和晶内夹杂物上诱导形核的形核功,探讨了贫碳区的形成对AF形核的影响。结果表明,AF在奥氏体贫碳区很可能既具有先共析扩散转变的相变过程又具有马氏体型切变转变的相变过程,贫碳区成分不同而表现出不同的转变机制倾向,首次从热力学角度揭示了扩散与切变机制间的密切联系,为解释AF中温转变的过渡性复杂特征提供了热力学理论依据,丰富并发展了AF相变理论。AF相变驱动力和形核(长大)驱动力都随着奥氏体贫碳区C含量的降低和转变温度的降低而增加,相变驱动力比形核(长大)驱动力小。实际相变开始温度(约943 K)时,AF在奥氏体贫碳区以先共析扩散方式转变的相变驱动力(绝对值)为417～610 J/mol,而以马氏体型切变方式转变的相变驱动力(绝对值)为394～610 J/mol。切变共格转变的形核功比扩散非共格转变大,贫碳区的形成降低了AF形核功,增加了晶内夹杂物诱导AF形核的能力,贫碳区模型较好地解释了AF能够优先在晶内夹杂物上诱导形核的现象。