Bainite

) coming from bainite (British: bainite, American metallurgist Edgar Collins ベイン (English version)) is one of the metal organizations occurring because of same temperature maintenance of carbon steel and the low steel alloy or consecutive cooling heat-treatment (not an aspect).

The word of middle organization (Germany: Zwischenstufengefüge British: intermediate structure) or intergrade metamorphosis product (organization) (Germany: Zwischenstufen Umwandlungsprodukt British: intermediate stage transformation products) or initial Zw is used in "one bainite of a wide sense" and an about the same meaning in particular in the German zone. This depends on there being the temperature that the micro-organization generates and a cooling rate between a perlite metamorphosis and martensite metamorphoses. In other words, what use bainite in a meaning of Zw is not appropriate because Zw is a generic name of the metamorphic organization including the "one bainite of a narrow sense". I was always called Zw in order to avoid the problem of the term in the German zone.

In this temperature area, a diffusion pervert is tied to a change (no diffusion metamorphosis) of the sudden crystal structure of the martensite metamorphosis, and different metamorphosis mechanism is possible. From a cooling rate and charcoal elementary quality, an alloy element and dependence on consequent metamorphic temperature, the "one bainite of a wide sense" does not have an inherent form. Although a ferrite aspect (α) and a cementite aspect (Fe₃C) are included like a perlite in bainite, the form and size, the dispersion situation are greatly different. Distinction of upper part bainite (or グラニュラーベイナイト) and the lower part bainite is known as a form of the bainite organization.

The bainite pervert in Austen par or the same temperature metamorphosis has it at temperature (I do not depend on approximately 250-550 degrees Celsius, the alloy element very much) more than an austenite (γ) M_s point quenching it to follow becoming it (martensite metamorphosis start temperature). You must choose the cooling rate of the level that a perlite pervert does not get up then. The austenite metamorphoses into almost all bainite by maintaining it to temperature more than a M_s point.

A ferrite grain having body centered cubic lattice (Bcc lattice) which carbon supersaturated from (heat flickers) in ウムクラップ process by an austenite crystal grain boundary or the incompleteness generates it. For the fast diffusion of the Bcc lattice, carbon is discharged at fast speed in the lower part bainite when the spherical or oval-formed cementite in the ferrite grain is formed. On the other hand, diffusion of carbon and generation of carbide advance at speed at the same level as austenite in the upper part bainite.

The upper part bainite of the bainite metamorphosis temperature area is formed in the neighborhood where is high, and have a well similar needle form organization harking back to a martensite organization. Because diffusion of carbon in the crystal grain boundary is advantageous, needle-formed ferrite spreads and metamorphoses and is formed. Cementite irregular and discontinuous then is produced. For this arrhythmic distribution, this micro-organization is usually observed as a granular organization. This micro-organization may be often confused with perlite organization or ウイドマンステッテン organization, but is inappropriate.

The lower part bainite generates it on the temperature side that the bainite metamorphosis temperature area is low in by same temperature maintenance or consecutive cooling. In this micro-organization, ferrite of the lower part bainite and generation of the cementite advance, and carbon is concentrated by left austenite (て M_s point rises, and austenite performs a martensite metamorphosis), and it is in るために, needle-formed bainite - martensite mixture organization. When I use Austen par, residual stress decreases, and toughness is improved, and the micro-organization of the shape complicated together that crack sensitivity is improved is provided.

The temperature of the range where a bainite pervert gets up and schematic view (indicating the black lead cast iron spherical here for one) of the time

(1) Quenching martensite
(2) Bainite by the same temperature maintenance
(3) Bainite by consecutive cooling
(4) A perlite is within an abnormal range
(5) Bainite metamorphosis area

Micro-organization form of the bainite

It is a micro organization form of the bainite figure 1

It is the micro organization which the bainite metamorphoses at temperature from perlite metamorphosis temperature or less to martensite metamorphosis temperature in same temperature maintenance and consecutive cooling, and generates it. The bainite is big, and upper part bainite and lower part bainite are known [¹]. Carbide which lined up into a film form between RAS continually lines up parallel to a direction of the individual needle form ferrite (ベイニティックフェライトプレート), and the upper part bainite is observed by the needle-formed ferrite which kept in a packet [²]; [³]. The lower part bainite consists of board-formed ferrite, but carbide equals ferrite at an angle of 60 degrees. Other bainite forms, e.g., reverse bainite and グラニュラー (granular) bainite, the metamorphosis such as the needle-formed bainite occur under conditions of identification (emphasize it in figure 1, and show it); [⁴] [⁵].

Explanation of the metamorphic mechanism of the bainite

The explanation of the metamorphic mechanism of the current bainite is greatly divided into three kinds by documents, and it becomes the cause that I give birth to confusion. The classification

Explanation by the micro-organization
Kinetic explanation
Explanation by surface ups and downs

I can reject it for と. The former is called a shear theory (from shear an S theory or a martensite theory and displace opinion, a no diffusion theory, a diffusionless theory) by diffusion theory (from diffusion with the D theory), 後二説. Because such an explanation stands side by side, it will be understood that the bainite metamorphosis as the specific aspect metamorphosis phenomenon does not have a general agreement easily.

Explanation by the micro-organization

I assume ferrite of the bainite of iron base material charges and carbide 共析生成物 which is not a lamella by this explanation [⁶]. Two aspects in bainite are considered that carbon discharged by [⁷], 初析 ferrite and ferrite is an abnormal interface, and it was to carbide here [⁸]. I lack in thermodynamic or kinetic explanation about the dispersion situation of the second phase by this opinion a little, e.g., cannot explain metamorphic stoppage in the silicon steel well. Although I arrive, as for such proviso, this explanation can explain bainite metamorphoses in low carbon steel and the nonferrous metal well.

Kinetic explanation

When there is the C curve of an origin and the endpoint of the illustration of TTT (same temperature metamorphosis curve, British: time temperature transformation diagram) bainite metamorphosis that is different from the C curve of the perlite metamorphosis on and the figure of CCT (consecutive cooling metamorphosis curves, British: continuous cooling transformation diagram), I do this explanation. It was the mainstream of the former shear theory. When the bainite metamorphosis should be divided with a perlite metamorphosis by existence of the abnormal stoppage area by the influence of the alloy element, I do this thought. However, the kinetic explanation cannot explain that metamorphic stoppage does not happen in some steel [⁹].

Explanation by surface ups and downs

This explanation considers that the association of a bainite metamorphosis and the martensite metamorphosis is reflected by surface ups and downs [¹⁰]. That when an aspect (ベイニティックフェライトプレート) observed as board-formed bainite is similar to martensite made of higher than thing which there was by shear of the austenite that is M_s point for this thought, I do it, and a bainite metamorphosis is movement of the non-thermal atom through the movement of the aspect interface [¹¹]. The metamorphosis rate is fixed by the diffusion of the invasion type atom in austenite before and after the shear here. This explanation can explain metamorphoses of the medium- and high-levels carbon steel well and cannot explain a metamorphosis of low carbon steel and the nonferrous metal well although it is a lot of comparisons theory of the bainite metamorphosis.

Nucleation

It is a subunit of ベイニティックフェライト figure 2

ベイニティックフェライトラス (bunch, シーフ) is in the shape of the board which lengthened for a long time starting from an austenite grain boundary becoming the edge of the warm side. The inside includes a subunit of the ferrite divided in carbide and residual austenite to show it in figure 2. The place where each other's subunits hit is observed in a small inclination border and a thin board or board-formed form [¹²], and, according to the observation result of Navarro (Nabarro), tensile stress works in these domains (in figure 3 indicating the electron microscope image); [¹³]. It is admitted that generation of the lower part of sub-eutectic steel which is plane and 含珪素過共析鋼 and the upper part bainite is caused by the ferrite which carbon supersaturated. The cementite becomes the metamorphic starting point in the metamorphic temperature that only the hypereutectic steel which is plane not to include silicon is high, too. One is reverse bainite.

The nucleation of ベイニティックフェライト usually happens for heat lattice vibration and a lattice defect in an austenite grain boundary. When a nucleus grows up than a critical radius, the nucleus grows up in a subunit. The nucleation that is new (secondary) happens in an interface with first ベイニティックフェライト. Though a pyknosis of carbon is it in energy necessary for nucleation as for the nucleation in austenite there, I am rearranged in α-α interface of the low energy from α-γ interface of the high energy [¹⁴]. The growth rates of ベイニティックフェライト increase with a drop of the equilibrium temperature. This is because a subunit is small and numbers increase more that the growth of the subunit stops and generates a new core immediately in the aspect interface. The size of the subunit is connected with growth of original austenite particle size and ベイニティックフェライトプレート. This is because it is restricted by austenite grain boundary and existing ベイニティックフェライト. On the other hand, in Olson (Olson) and Baade Shea (Bhadeshia), the recent study of Coe hen(Cohen) and others, I report it when the nucleation of the bainite resembles it of martensite based on nuclear existence [¹⁵]. 核成長を可能とする臨界半径が存在することは受け入れられており、核生成の問題は核成長に帰着することになる。二次的な核生成は、ベイニティックフェライトプレートの成長において、ベイニティックフェライトプレート先端近傍のオーステナイト中にひずみを引き起こすことを説明する。

核成長

図3: T_u=350℃にて2 h保持した80Si13鋼のミクロ組織（21,000倍）

ベイナイト変態が起きる温度範囲においては、マトリックス原子は拡散しないのに対して炭素や窒素のような溶質元素は極めてよく拡散する。

まずは剪断説にて説明する。オーステナイトとフェライトの相界面は整合しており、界面転位からなっているともみなせる。変態はこの界面の熱活性なすべりにより、マトリックス原子の位置の変化を伴わずに進む^[16]。この剪断誘起の、マルテンサイト変態は侵入型元素の拡散に支配され、界面の移動と比べ遅くなる。

バーデシア（Bhadeshia）は、格子の剪断と炭素の拡散という二つの機構が、変態界面の熱活性化運動に関連しているとみなしている^[17]。変態前の潜伏期間中に、生成相の自由エンタルピーを減らして界面運動の駆動力を増加させる、次なる活性化現象の拡散機構が起こりうる。障害を超えてから、拡散機構による障害に遭遇するまで変態界面は自由に、瞬間的にはマルテンサイト変態と同程度（音速程度）の速度で進むと考える。言い換えると、剪断説ではサブユニットが一定の大きさまで成長する間に過飽和炭素の拡散が起こり、やがて次のサブユニットの核生成過程が飛び飛びに繰り返されると考える。ベイナイト変態が飛び飛びに進むとする考察は前述のミクロ組織の観察に基づく。しかしながら、根本によるin-situ観察では、マルテンサイト変態よりも非常に遅い速度でベイナイト変態が連続的に進む様子が観察されている^[18]。

一方、拡散説のモデルはこの考え（剪断説）と対照的であり、ベイニティックフェライトの成長が拡散支配のレッジ（ステップ）運動がα‐γ界面にて起こり、ウイドマンサイト構造を持つ初析フェライトの生成と関連付けて議論される^[19]。サンドビック（Sandvik）はしかしながら、変態がベイニティックフェライトプレート成長に伴うオーステナイト側の変形双晶を越えて起き、フェライト中の格子欠陥として認められると報告している^[20]。レッジの拡散運動に支配された変態は、格子の整合性が乱れるために、双晶境界にて止まらなければならない。また、フェライト中の格子欠陥の存在は通常の拡散変態とは異なる。ダーメン（Dahamen）は表面起伏は拡散変態であっても起こる事実から、表面起伏の存在は変態を剪断支配とする明白な根拠とならないと述べている^[21]。

熱力学

変態の駆動力は生成過程と生成相の自由エンタルピーの差によって決まる。つまり必ずしも平衡相にはならず、自由エンタルピーは生成過程と大きな差がある。マルテンサイト及びベイナイト変態のいずれも準安定状態につながる。これらの状態は最小及び遷移しうる状態と関係した平衡状態についてのエネルギーを持ち、平衡するためにエネルギーを放出する^[22]。このような準安定状態は、例えば炭素リッチなフェライトが安定なε炭化物となるようなベイナイト変態時などに生じうる。また、相間の自由エンタルピーの差による濃度勾配は非常に生じにくく、準安定状態につながる。

図4: α−γ変態の自由エンタルピーの釣り合い

図4にα及びγ相の自由エンタルピーに及ぼす炭素濃度の依存性を示す。X_γの炭素濃度を持つγ相が平衡反応により、X^γαの炭素濃度を持つα相とX^αγの炭素濃度を持つγ相に分かれる。この二つの平衡濃度は次式の接線となる。

$\Delta G(X)=G^{\gamma \alpha }+(X-X^{\gamma \alpha }){\frac {G^{\alpha \gamma }-G^{\gamma \alpha }}{X^{\alpha \gamma }-X^{\gamma \alpha }}},$ $\Delta G(X)=G^{{\gamma \alpha }}+(X-X^{{\gamma \alpha }}){\frac {G^{{\alpha \gamma }}-G^{{\gamma \alpha }}}{X^{{\alpha \gamma }}-X^{{\gamma \alpha }}}},$

ここでα相とγ相の自由エンタルビーと炭素濃度の関係は双曲線関数として与えられる^[23]。

強い炭素の拡散分配がα相の炭素濃度X^γαとγ相の炭素濃度X^αγで起こり、ここで、γ相の自由エンタルピーはG^γからG^αγへ低下し、同時に変態してα相となった体積の自由エンタルピーはG^γαまで低下する。系全体の自由エンタルピーはΔG減少し、変態のための駆動力はΔG_αとして与えられる。

非平衡反応の条件に置き換えたときの駆動力は、生成した相のX^γα或いはX^αγの異なる炭素濃度として与えられる。図5にオーステナイト相の濃度をX_γ、フェライト相の濃度をX_α > X^γαとした場合を示す。純粋な拡散支配変態においては、駆動力ΔG_αは専ら相界面前方の拡散領域の移動で消費（散逸）して（ΔG = ΔG_α）、その炭素濃度はX_m < X^αγとなる^[24]。しかしながら、もし相界面のΔG_sに加えて剪断が誘起されるなら、相界面の移動において協調的な原子の移動が必要となり^[25]、その場所の炭素濃度はX_i < X_mとなる。

図5: 拡散と剪断が作用したときの自由エンタルピーの分配

ΔG_αのΔG_dとΔG_sの分配は拡散が剪断と同じ速度の場合の結果である。この拡散と剪断の結びつきは、図14に示すように移動界面の前方に炭素が濃化するためである。オーステナイト相の炭素の濃化X_iは変態界面に影響を与える。オーステナイト相からの炭素の拡散は、オーステナイトの炭素濃度X_γを増加させる（図14の破線）。X_γがX_mの値に達するのは、系のエンタルピーの損失がΔG以上にならないために、更なる反応があっても不可能である。ベイナイト変態の停止は例えば炭化物を生成させてXを下げることにより、再開は温度を低くすることでできることになる。

残留オーステナイト

ベイナイト変態が完全に終わるためにはオーステナイトから炭化物ができることが必要である。炭化物は多量の炭素を吸収するため、炭化物周囲のオーステナイトの炭素濃度は大きく落ち込む。オーステナイト中の炭素が濃化すると、―前述のように―変態を止めることが可能となる。例えば合金元素として珪素（Si）を添加すると、炭化物を形成して変態が停止して、多量のオーステナイトが変態しなくなり、室温まで焼入れると、部分的に残留オーステナイトを得ることができる。この残留オーステナイト量は変態を終わらせたオーステナイトのマルテンサイト変態の開始温度（M_s点）に依存する。

下部ベイナイト

図6: T_u=250℃にて4 h保持した80Si13鋼のミクロ組織（1,200倍）

下部ベイナイトは上部ベイナイトよりも低温かつマルテンサイト変態開始温度以上の温度で変態させたときに得られるミクロ組織である。理論的には、下部ベイナイトはマルテンサイト変態終了温度（M_f点）までの温度で生成しうる。図6は珪素を含む80Si10鋼の下部ベイナイト組織である。

変態の動力学

バスデバン（Vasudevan）及びグラハム（Graham）、アクソン（Axon）らは350℃以下の温度でベイナイト変態させた時の変態速度と、下部ベイナイト組織の性質を報告している^[26]。その中で下部ベイナイトの成長に要する活性化エネルギーは14,000 cal/mol (0.61 eV)であることから、過飽和フェライトにおける炭素の拡散と関係があり、変態速度が炭素の拡散速度に律速されると論じている。これは炭素量の増加によって、α→γ変態時の体積膨張が低い変態温度で起こるようになるためと述べている。

ラドクリフ（Radcliffe）とローラソン（Rollason）は下部ベイナイトの生成に要する活性化エネルギーは7,500から13,000 cal/mol (0.33-0.56 eV)^[27]、バーフォード（Barford）は14,500から16,500 cal/mol (0.63-0.72 eV)と報告している^[28]。これらは下部ベイナイトの変態がいくつかの機構に分けられることを示唆する。

変態界面前方の炭素の分配

図7: 下部ベイナイトのα－γ界面近傍の炭素濃度勾配

低い変態温度においては、オーステナイト中の炭素の拡散速度が小さくなるのにも拘わらず、大きい変態速度が得られていることから、炭素の拡散と剪断機構が同時に働いているとは考えがたい。

そこで、剪断説ではまず最初に相界面近傍の炭素を完全に過飽和したオーステナイトがマルテンサイトに変態してから、炭素が拡散してフェライト（マルテンサイト）の炭素濃度がオーステナイトとほぼ同じになると考える。図7にその模式図を示す。ここでは、フェライト中に炭化物を析出するか、残存するオーステナイトに炭素を拡散することで、フェライトの高い炭素濃度が低下することとなる^[29]。

炭化物の析出

図8: 下部ベイナイト中に析出した炭化物の模式図

図9: 下部ベイナイト組織の形成の概略

初期の考察では、下部ベイナイトの生成においては界面エネルギーを最小化するように、オーステナイトとの界面から直截炭化物を析出すると考えられていた^[30]。バーデシア（Bhadeshia）は変態中にフェライトから炭化物が析出することを確認している^[31]。

焼戻しマルテンサイトと同様に、ベイニティックフェライトプレートの内部にプレートの方向と約60°の角度に同じ結晶方位を持つ炭化物が析出する（図8を参照）。その一次相は常にε炭化物（Fe_2.4C）であり、長い時間をかけてセメンタイトとなっていく。相界面後方への炭化物析出は、フェライト中の炭素の飽和状態とミクロ組織の自由エンタルピーを低減させる。そして、炭化物の形状はひずみエネルギーが最少となる状態に対応し、その数及び分散状況は下部ベイナイトの良好な機械的性質を担う。

ベイニティックフェライトプレートに対して60°の角度で析出したε炭化物は、変形双晶の生成を促すと推察されてきた。しかし、ベイニティックフェライトプレート中に析出した炭化物の方向と双晶の結晶方位の間に関係は認められず、そのため、炭化物の析出が配向のエネルギー的な原因であると推察される。

しかしながら、変形でできたオーステナイトの双晶を超えてベイニティックフェライトプレートが成長する。剪断説では、これらのオーステナイトの双晶は相界面前方のオーステナイトを剪断させて、Bcc格子に『変態』させ、変態中の格子欠陥に炭化物が析出すると考える。なぜ炭化物が双晶面でなくフェライトの晶癖面に析出するのかは、このように説明される。

拡散説によれば、炭化物の生成機構はスパノス（Spanos）及びファン（Fang）、アーロンソン（Aaronson）らにより、図9に示す模式図にて次のように説明される^[32]。細長いフェライトの核(1)が生じた後、次の段階として二次的な核生成がフェライトの核から起こる(2)。フェライトに囲まれたオーステナイトは、（固溶限の違いから）炭化物になるまでフェライトから拡散してきた炭素を濃縮する(3)。最後の段階として、炭化物の周りの空隙は―炭素鋼の場合は―更なるオーステナイトの変態により埋められる。一つのフェライト中でユニット間の既存の方位差を補うように小傾角境界が移動して、それ以前の境界がほぼ見えなくなる(4)。

結晶方位関係

バーデシア（Bhadeshia）は下部ベイナイトにおいては、変態前後のオーステナイトとベイニティックフェライトの間にクルジモフ‐ザックスの関係（Kurdjumov-Sachs relation, K-S関係）が成り立つと報告している^[31]。

(2.6)

$(0{\overline {1}}1)_{\alpha }\|(111)_{\gamma }$ $(0\overline 11)_{\alpha }\|(111)_{\gamma }$

$[1{\overline {1}}{\overline {1}}]_{\alpha }\|[{\overline {1}}10]_{\gamma }$ $[1\overline 1\overline 1]_{\alpha }\|[\overline 110]_{\gamma }$

同時に、西山‐Wassermannの関係（Nishiyama-Wassermann relation、N-W関係）も満たす。

(2.7)

$(011)_{\alpha }\|(111)_{\gamma }$ $(011)_{\alpha }\|(111)_{\gamma }$

$[0{\overline {1}}1]_{\alpha }\|[{\overline {1}}{\overline {1}}2]_{\gamma }$ $[0\overline 11]_{\alpha }\|[\overline 1\overline 12]_{\gamma }$

両者の関係は約5°のみ異なる。下部ベイナイトのベイニティックフェライトとセメンタイトの間には方位関係が成り立つ。

(2.8)

$(00{\overline {1}})_{Fe_{3}C}\|(112)_{\alpha }$ $(00\overline 1)_{{Fe_{3}C}}\|(112)_{\alpha }$

$[100]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}0]_{\alpha }$ $[100]_{{Fe_{3}C}}\|[1\overline 10]_{\alpha }$

$[010]_{Fe_{3}C}\|[111]_{\alpha }$ $[010]_{{Fe_{3}C}}\|[111]_{\alpha }$

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)

$[100]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}0]_{\alpha }$ $[100]_{{Fe_{3}C}}\|[1\overline 10]_{\alpha }$

$[010]_{Fe_{3}C}\|[1{\overline {1}}{\overline {1}}]_{\alpha }$ $[010]_{{Fe_{3}C}}\|[1\overline 1\overline 1]_{\alpha }$

$[001]_{Fe_{3}C}\|[211]_{\alpha }$ $[001]_{{Fe_{3}C}}\|[211]_{\alpha }$

が適当であると報告している。シャクルトン（Shackleton）とケリー（Kelly）は下部ベイナイトのセメンタイトとオーステナイトの方位関係はないと報告している^[33]。このことは下部ベイナイトのベイニティックフェライト中のセメンタイトが、オーステナイトから生じたものではないという結論を想起させる。

ε炭化物についてドラジル（Drazil）とポドラブスキー（Podrabsky）、スベジカー（Svejcar）はオーステナイトとフェライトの方位関係を介して、

$(0001)_{\epsilon }\|(11{\overline {1}})_{\gamma }$ $(0001)_{\epsilon }\|(11\overline 1)_{\gamma }$

$(01{\overline {1}}0)_{\epsilon }\|(2{\overline {1}}1)_{\gamma }$ $(01\overline 10)_{\epsilon }\|(2\overline 11)_{\gamma }$

$(0001)_{\epsilon }\|({\overline {1}}01)_{\alpha }$ $(0001)_{\epsilon }\|(\overline 101)_{\alpha }$

$(0{\overline {1}}10)_{\epsilon }\|(1{\overline {2}}1)_{\alpha }$ $(0\overline 110)_{\epsilon }\|(1\overline 21)_{\alpha }$

と書き表した^[34]。しかるに、方位関係から、ε炭化物がベイニティックフェライト或いはオーステナイトから生じたかを決めることはできない。

残留オーステナイトの安定化

下部ベイナイトの低い変態温度においては炭素の拡散がほとんど起きないために、通常ベイナイト変態は完全に進み、結果として残留オーステナイトはないかあってもわずかとなる。しかしながら、もし急冷（焼入れ）により変態を途中で止めた場合は、炭素量や合金元素によっては、ベイナイトになっていない未変態のオーステナイトがマルテンサイトに変態するか、残留オーステナイトとして残存することになる。

合金元素としての珪素の添加は炭素が過飽和したフェライトにおける炭素の拡散を抑制する。そのため、ベイナイト変態が停止されるまで、炭素は未変態オーステナイトに拡散して炭素が濃化する。ここで未変態オーステナイトに炭素が非常に富化すると、未変態オーステナイトは室温でマルテンサイト変態する。

下部から上部ベイナイトへの遷移温度

図10: 下部から上部ベイナイトに遷移する温度に及ぼす炭素量の影響

その他のベイナイト変態における議論の多い点は、下部から上部ベイナイトへの遷移があることである。それは―図10に示すように―炭素量を0.5 mass%に増加させると400℃から約550℃に上昇すると信じられている。炭素量の増加に伴って、炭素を大きく飽和したフェライトが一定の速度で変態するようになり、オーステナイト中の炭素の拡散が遅くなる。従って、炭化物を析出するようにオーステナイト中で炭素が充分に拡散するためには、高い変態温度が必要となる。一方、合金状態がFe-Fe₃C状態図のA_cm線の外挿線を超えると、合金は準過共析としてオーステナイトから炭化物を析出するようになり、上部ベイナイトを生成する。従って、炭素濃度を0.7 mass%以上にすると遷移温度は350℃に低下する。この温度以下ではオーステナイト中の炭化物の析出が遅くなり、下部ベイナイトを生成する。

図11: Fe-Fe₃C系及びFe-ε準安定系の状態図

少ない炭素量では遷移温度が大きく上昇して、まだフェライトから炭化物が析出するような高い温度になる。上部ベイナイトの生成過程、特に長い時間をかけた変態がそうであるが、オーステナイトへの炭素の富化と炭素過飽和のフェライトが増加し、更にフェライト中に炭化物が析出するために、（下部ベイナイトが生じなくなり）変態機構の移行が認められなくなる。この挙動はむしろ、準安定なFe－ε系の状態図上の上部から下部ベイナイトへの遷移に帰結する。図11に350℃以下のフェライトからのε炭化物排出の概念図を示す。これによれば、炭素量によらず遷移温度は350℃で一定であることになる。この考えに基づくと、ε炭化物の排出は下部ベイナイトの生成に最も重要な機構であることになる。析出した準安定なε炭化物は長い時間をかけて安定なセメンタイトに変っていく。

図12: 下部ベイナイトに関係する、ベイナイト及びマルテンサイト変態開始温度（B_s及びM_s点）に及ぼす炭素量の影響

その他の遷移温度に対する見解として、次のようなものが提案されている: 遷移温度以下では、異なる動力学と変態温度（B_s点とM_s点）を持つ、ベイナイト変態からマルテンサイト変態へ、変態機構の遷移が起きる（図12参照）。遷移温度の上昇は、下部ベイナイトの変態に必要な駆動力と炭素量による過冷という、炭素量低下に伴う二つの異なる曲線のために起こる。実験的に観察される、低炭素量における遷移温度の低下はここでは焼入れ性の問題と同一視される。オーステナイトの分解は非常に短時間のうちに始まるために、冷却すると直ちに上部ベイナイトの変態温度に達する。低い変態温度は、試験片の冷却が充分速かったためである。過飽和フェライトからのε炭化物の生成はオーステナイトから炭素が拡散して排出される過程として表される。フェライト中に存在する炭素からのε炭化物生成は、実験的には専ら高炭素鋼でのみ観察される。