钢丝的热处理一.docx
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钢丝的热处理一
钢丝的热处理
（一）
日期：
2010年8月10日11:
40
摘要：
本文以生产实践为基础，用全新观念，对钢丝热处理工艺进行了梳理；从分析热处理原理，组织结构与使用性能关系入手，介绍各类钢丝的热处理工艺制定原则，并提供了一些实用技术数据和经验公式。
关键词：
钢丝、热处理、工艺、显微组织、临界点。
钢丝生产有3个环节；热处理、表面处理和冷加工，所有钢丝均以热轧盘条为原料，经过1个或几个循环，才生产出合格的成品，工艺流程如图1。
热处理是钢丝生产过程中的一个重要环节，热处理的目的有3个：
获得均匀的成分和适于冷加工的组织；消除加工硬化和内应力，以便继续进行冷加工；获得需要的力学性能、工艺性能和物理性能。
钢丝热处理按工艺流程可分为：
原料热处理、半成品热处理（又称中间热处理）和成品热处理；按热处理效果可分为：
软化处理、球化处理和强韧化处理。
不同种类的钢丝为达到软化、球化和强韧化的效果，往往采用不同的热处理方法。
众所周知，钢铁材料的性能取决于内部组织结构，组织结构取决于成分、冶炼、热加工、冷加工，特别是热处理工艺。
要选择合理、高效、经济的热处理工艺，必须了解材料性能与组织结构，显微组织与热处理工艺之间的关系，以及显微组织的种类和热处理的基本原理。
1热处理基本原理1钢铁材料可以通过热处理改变性能是基于材料的两项基础特性：
所有金属材料都是结晶体，并且具有多种晶体结构。
以铁为例，铁的晶格有体心立方（δ铁和α铁）和面心立方（γ铁）两种结构，如图2。
图2铁的晶格结构2
（a）体心立方晶格；（b）面心立方晶格；在铁凝固（≤1538℃）过程中首先形成具有体心立方晶格的δ铁，在1394℃～912℃区间转变为具有面心立方晶格的γ铁，912℃以下又转变为体心立方晶格的α铁。
其次，所有的钢铁材料都是两种以上元素组成的合金，即所有的钢铁材料都可以看成是由溶质和溶剂组成的两类固溶体之一：
间隙固溶体或置换固溶体，溶质原子挤进基体（溶剂）金属晶格中间形成的固溶体叫间隙固溶体；溶质原子取代基体（溶剂）金属晶格中的溶剂原子形成的固溶体叫置换固溶体。
由于溶质在溶剂中的溶解度随着温度变化而变化，因此在钢铁材料加热和冷却过程中必然出现溶质溶解和析出现象，钢的化学成分不同，工艺流程的变化，热处理加热温度、保温时间、冷却速度不同，热处理气氛和冷却介质的差异，使钢的显微组织产生千变万化，因而才有可能通过热处理改变钢材的性能，制造出适合各种用途的钢铁材料。
1.1显微组织3、1钢的显微组织有明确的定义，可以用金相显微镜进行检测和评定，钢丝热处理涉及的显微组织有以下几种：
（1）奥氏体（A）：
碳或其它合金元素溶解于面心立方晶格的γ铁中形成的固溶体叫γ固溶体，又称为奥氏体。
奥氏体晶粒呈多边形，并有明显的孪晶结构（晶内小条块），黑色小点是碳化物，多边形小块是氮化物，如图3。
（2）铁素体（F）：
碳或其它合金元素溶解于体心立方晶格的α铁中形成的固溶体叫α固溶体，又称为铁素体，如图4。
铁素体晶粒呈白色颗粒状，黑色曲折线是晶界，黑色小点为氧化物。
（3）渗碳体（Cm）：
铁与碳的金属化合物，含碳量6.69%，分子式为Fe3C。
渗碳体具有复杂的斜方晶格结构，溶点1227℃，不发生同素异构转变。
渗碳体硬度高，几乎无塑性，在钢中以不同形态分布，对钢的力学性能有很大的影响。
（4）珠光体（P）：
珠光体是铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成的共析组织，含碳量0.77%，渗碳体片和铁素体片相间分布，交替排列，如图5a。
经球化退火后渗碳体呈球粒状，均匀分布在铁素体基体上，又称为粒状珠光体，如图5b。
根据珠光体片间距的大小，珠光体又可分为珠光体、索氏体（S）、和托氏体（T）。
珠光体片间距大致为0.40～1.0μm，通常放大500倍就可以看清其片层结构；索氏体片间距大致为0.1～0.40μm，通常放大600倍以上才能看清其片层结构；托氏体（原称屈氏体）片间距小于0.1μm，需要用放大倍率更高的电子显微镜才能看清片层结构。
（5）贝氏体（B）：
由极细片状（或针状）渗碳体与碳含量过饱和的铁素体组成的混合物，在较高温度下形成的贝氏体呈羽毛状，叫上贝氏体；在较低温度下形成的贝氏体呈针状，叫下贝氏体，如图7。
粗看起来，下贝氏体很容易与马氏体混淆，但因下贝氏体易受腐蚀，针的颜色较黑，其硬度比马氏体低，韧性比马氏体高。
（6）马氏体（M）：
碳以过饱和状态存在于α铁中形成的组织，由于碳位于体心立方晶格的间隙位置，使α铁晶格产生畸变，变为体心正方晶格。
含碳量较高（1.0%）的马氏体钢，其单元立体结构为针状，故称为针状马氏体；含碳量较低（0.2%）的马氏体钢，其单元立体结构为板条状，称为板条马氏体，如图6。
（7）莱氏体（Ld）：
高碳钢液冷却到1148℃以下时，发生共晶反应，结晶出来的奥氏体与共晶渗碳体（Fe3CⅠ）混合物，称为高温莱氏体（如图8），莱氏体中碳含量为4.3%。
冷却到727℃以下后，高温莱氏体中的奥氏体转变为珠光体和渗碳体，获得P+Fe3CⅠ+Fe3C混合物，称为低温莱氏体。
上述七种显微组织中，奥氏体、铁素体和渗碳体是钢铁材料的基本相，珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体是钢铁材料的基本组织。
1.2铁-碳平衡图碳素钢可以看成是铁—碳合金，碳在γ铁中的最大溶解度可达2.11%，而在α铁中的最大溶解度仅有0.021%，当碳素钢从高温冷却下来时，奥氏体转变为铁素体，必然有部分碳以渗碳体（Fe3C）的形态析出，此时因温度较高，渗碳体有足够的扩散能力聚积长大，形成片状珠光体，因此奥氏体转变为珠光体称为扩散性转变。
如果冷却速度太快，因温度太低，原子扩散能力小，奥氏体只能完成晶格结构的转变，超过溶解极限的碳来不及析出，被冻在α铁的晶格中，形成不稳定马氏体（M）组织，因此奥氏体转变为马氏体称为非扩散性转变，又叫共格性转变。
通常用铁-碳平衡图来判定碳素钢在加热和冷却过常中的显微组织的变化情况，见图9。
碳素钢金相组织图是根据钢在缓慢加热、缓慢冷却条件下显微组织实际变化状况绘制的，又叫铁-碳平衡图，钢的碳含量一般不超过2.0%，钢丝热处理仅用到平衡图左面一小部分，含碳量0.77%的钢叫共析钢，含碳量小于0.77%的钢叫亚共析钢，含碳量大于0.77%的钢叫过共析钢。
铁-碳平衡图中几个主要临界点的温度、含碳量及其物理含义如表1。
表1铁-碳平衡图的几个主要临界点1
临界点符号
温度，℃
含碳量，%
物理含义
A
1538
0
纯铁的熔点
C
1148
4.3
共晶点,LcA+Fe3C
D
1227
6.69
渗碳体的熔点
E
1148
2.11
碳在γFe中的最大溶解度
G
912
0
纯铁的同素异构转变点（A3）α铁γ铁
S
727
0.77
共析点（A1）AsP（F+Fe3C）
铁-碳平衡图中的分界线是不同碳含量的碳素钢具有相同含义的临界点的连线，在热处理过程中经常用到的几条分界线含义如下：
（1）ACD线：
液相线，此线以上钢全部为液相（L），继续冷却钢液开始结晶。
（2）AECF线：
固相线，冷却到此线以下钢液全部结晶为固态，在此线以上，AEC区为液相（L）与奥氏体相（A）共存区，DCF区为液相（L）与一次渗碳体（Fe3CⅠ）相共存区。
（3）GS线：
冷却时奥氏体向铁素体转变的开始线，或加热时铁素体向奥氏体转变的终止线，通常用A3表示。
随着碳含量的增加，钢的显微组织转变温度逐渐下降，到S点（C=0.77%处）不再先行析出铁素体，奥氏体直接转变为珠光体。
（4）SE线：
碳在奥氏体中溶解度线，通常用Acm表示。
在S点（727℃）奥氏体中碳的最大溶解度为0.77%,随着温度升高，碳在奥氏体中的最大溶解度逐步升高到2.11%（1148℃时）。
高碳钢从1148℃冷却到727℃时，由于碳在奥氏体中的溶解度下降，多余的碳以渗碳体的形态从奥氏体中析出，为与从液态中析出的共晶（一次）渗碳体（Fe3CⅠ）相区别，此时析出的渗碳体又称为二次渗碳体（Fe3CⅡ）。
（5）ECF线，共晶线，钢冷却到此线（1148℃）以下，发生共晶反应，同时结晶出奥氏体（A）与共晶渗碳体（Fe3CⅠ）的混合物，即莱氏体（Ld）。
（6）PSK线：
共析线，通常用A1表示，冷却到此线以下（727℃）时，共析钢由奥氏体组织转变为珠光体（P）组织，亚共析钢转变为铁素体（F）+珠光体（P），过共析钢转变为渗碳体（Fe3C）+珠光体（P）组织。
铁-碳平衡图中A1、A3和Acm点是在缓慢加热、缓慢冷却条件下的临界点，实际生产中，钢的组织转变总有滞后现象，实现组织转变，加热温度要高于A1、A3和Acm点，冷却温度要低于A1、A3和Acm点。
通常把加热时的临界点表示为Ac1、Ac3奥氏体和Accm，把冷却时的临界点表示为Ar1、Ar3和Arcm，如图
1.3等温转变与连续冷却转变除铁-碳平衡图外，热处理常用到的两种工具性转变的图是等温转变曲线和连续冷却转变曲线。
（1）等温转变钢的过冷奥氏体等温转变曲线是用实验方法绘制的：
首先将钢加热到Ac3（或Accm）点以上，保温一定时间，获得均匀的奥氏体，然后快速淬入温度低于A1点的不同温度的盐浴槽中，使过冷奥氏体产生等温转变，最后将过冷奥氏体在不同温度、不同等温时间的组织转变结果绘成等温转变曲线，如图11。
钢的奥氏体等温转变曲线又叫C曲线或TTT曲线，，图中横坐标表示时间的对数，纵坐标表示温度，左边一条C形曲线是等温转变开始线，右边一条是终了线。
曲线左侧，Ms线以上区域是过冷奥氏体区，两条曲线之间区域是转变进行区，曲线右侧是转变产物区。
从图11可以看出，奥氏体在700℃左右转变产物是粗珠光体，700～600℃的转变产物是细珠光体（索氏体），600～500℃的转变产物是极细珠光体（托氏体或屈氏体），500℃～Ms点的转变产物是贝氏体，Ms～Mz点（共析钢的马氏体转变终了线低于室温，图中未标出）的转变产物是马氏体+残余奥氏体，低于Mz点的转变产物是马氏体。
（2）连续冷却转变在钢丝生产中，热处理批量比较大，通常采用连续炉进行等温热处理，完全奥氏体化的钢丝实际上是在连续冷却过程中完成组织转变的，因此在C曲线上加上冷却速度的连续冷却转变曲线（CCT曲线）更适用于工业生产，如图12。
图中冷却速度V1相当于炉冷的速度，转变产物为粗片珠光体；冷却速度V2相当于空冷的速度，转变产物为索氏体；冷却速度V3相当于油冷的速度，奥氏体在C曲线鼻尖附近部分转变为托氏体或屈氏体，其余转变为马氏体，得到混合组织；冷却速度达到V4时，冷却线不与C曲线相交，转变产物为马氏体。
V临表示马氏体临界冷却速度，意味着要实现马氏体转变，淬火冷却速度必须大于V临。
淬火时选择冷却介质和评定钢的淬透性主要依据Ms和V临。
各种钢的等温转变曲线和钢的连续冷却转变曲线可以从相关热处理手册中查到（3）合金钢的等温转变与碳钢一样，合金钢奥氏体等温转变时可能发生珠光体、贝氏体和马氏体3种转变，由于碳素钢的珠光体和贝氏体转变温度非常接近，珠光体转变与贝氏体转变曲线重合为一条C曲线。
随着合金元素的加入，C曲线位置就要发生变化，一般说来，除钴以外的合金元素都能促使C曲线位置右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。
其中Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu等都促使C曲线较大幅度地右移，延缓珠光体的转变；Mn、Ni、Cu能使C曲线下移，降低索氏体的转变温度，延缓索氏体的转变时间；特别是Cr、Mo、W、V，在延缓珠光体的转变的同时还降低贝氏体转变温度，使贝氏体转变曲线显现出来，在图13b中右侧C曲线下部300～400℃区间又出现一条小C曲线，即贝氏体转变曲线。
从图14可以看出，含碳0.5%的钢，贝氏体转变曲线随着Cr含量的增加逐渐显现出来，最终与珠光体转变曲线完全分离开来。
另外，形成铁素体组织的元素，如Si、Cr、Mo、Ti、Al、V和W，均能不同程度地提高Ac1点温度。
稳定奥氏体组织的元素，如Ni、Mn和Cu，均能不同程度地降低Ac1点温度。
除Co和Al以外所有合金元素均可以降低Ms点温度，其中以C、Mn、Cr、Mo和V较为显著。
C、Mn、Si、Cr、Mo、V能明显降低贝氏体转变温度Bs。
合金钢的等温转变曲线形状可分为5种基本类型，见图15。
第1种曲线（a）有两个“鼻子”，铬钢、铬镍钢、铬锰硅钢以及高速工具钢的等温转变曲线就属于此类型；第2种曲线（b）是碳素钢和锰钢的等温转变曲线；第3种曲线（c）是含碳量较低，镍含量较高的合金结构钢和超马氏体钢，如20Cr2Ni4WA、Y2Cr13Ni2、00Cr12Ni5Mo2N、00Cr16Ni5MoN等钢的等温转变曲线，由于较高镍含量降低了珠光体转变温度，极大地延缓了珠光体转变时间，奥氏体实际上不发生珠光体转变，直接转变化贝氏体；第4种曲线（d）与第3种相反，只发生珠光体转变，不会发生贝氏体转变，一些高碳合金钢，如含碳1.0%，铬8.8%的等温转变曲线就是这种类型；第5种曲线（e）奥氏体组织相当稳定，过冷过程中不会发生铁素体、珠光体和贝氏体转变，其马氏体转变点Ms也降到零度以下，高锰钢Mn13和奥氏体不锈钢就属于此类型。
图15合金的典型等温转变曲线1.4晶粒度钢铁材料是由许多外形不规则的小晶粒组成的多晶体，每个晶粒的结构完全相同，但晶粒位向、晶粒大小、晶粒均匀度不尽相同。
晶粒内部也存在着位向差很小（仅差几秒、几分，最多1°～2°），相互嵌镶的小晶块，称为亚晶粒。
晶粒或亚晶粒之间的接触面叫晶界或亚晶界，晶界和亚晶界处原子排列不规则，处于不稳定状态。
此外，晶粒内部实际上存在着空位、间隙原子挤入带来的晶格畸变，还存在一列或几列原子有规律的错位排列，叫位错。
多晶体的晶粒大小、位向，均匀度，晶界和亚晶界结构，内部空位、间隙原子种类和位错的数量及分布都会对材料性能有很大的影响。
一般说来，钢的晶粒越细，强韧性越好，碳素钢和低合金钢晶粒度每细化一个级别，冲击韧性值提高20～30J/cm2，冷脆性转变温度可降低10℃，但有几类钢丝是要防止晶粒变细的。
多晶体晶界的强韧性要高于晶内，在常温下，晶粒越细、晶界越长，钢的强韧性变好；但在高温下，晶界聚集一些低熔点金属和夹杂，比晶内更易于软化，导致钢的蠕变性能下降，故耐热钢丝和对蠕变性能有严格要求的预应力钢丝的晶粒宜粗不宜细。
晶界处的原子排列不规则，冷加工时变形抗力大，承受深加工变形能力远不如晶内，对于靠大减面率拉拔强化的碳素弹簧钢丝和胎圈钢丝来说，当然是粗晶粒比细晶粒好，晶粒粗钢丝能承受更大减面率的拉拔，抗拉强度更高；内应力分布更均匀，扭转性有所改善；成品钢丝纤维组织中的单根纤维长度更长，韧性也有所提高。
晶界也是各类碳化物、氮化物和碳氮化合物的聚集处，碳素工具钢丝，尤其是合金弹簧钢丝和合金工具钢丝，制成零部件后需经淬-回火处理才能使用，淬火时首先要将合金碳化物、氮化物和碳氮化合物溶入奥氏体中，大量存在于晶界处的这些物质，势必要延长奥氏体化的时间，增大脱碳几率，影响淬透性，因此淬-回火用钢丝也要控制好晶粒度。
此外，冷顶或冷锻用钢丝，为改善冷加工成形性能，晶粒度不应太细（粗于7级），冷镦用奥氏体不锈钢丝晶粒度最好控制在4～6级。
反复冷加工—退火，或正火（调质）处理，加大奥氏体转变为珠光体的过冷度等，都能有效地细化晶粒，一般说来生产过程就是晶粒细化过程，小规格钢丝的晶粒明显细于大规格。
上述对钢丝晶粒度有特殊要求的钢丝，可以通过适当提高热处理温度，更主要是延长保温时间达到粗化晶粒的目的。
根据临界变形可以促进晶粒长大的理论，钢丝经15%左右小减面率拉拔，再进行再结晶退火，也是促进晶粒长大的方法之一。
钢的晶粒度级别示意如图16。
2钢丝的组织结构与性能
2.1组织结构
钢丝的组织结构除指显微组织、晶粒度外，还包括显微组织缺陷。
显微组织缺陷指钢实际晶格结构与理想晶格结构之间存在的差异，按冶金学理论，金属材料的显微组织缺陷可以分为：
4
（1）点缺陷：
包括空位、间隙原子的数量和分布、置換固溶原子和间隙固溶原子的种类等。
（2）线缺陷：
主要是位错结构。
（3）面缺陷：
包括相界、晶界和亚晶界。
（4）体缺陷：
广义说包括除占主导地位的基体组织以外的其它相，如渗碳体、各类夹杂、沉淀析出
相等。
当然，显微组织结构的各种缺陷可用相应的技术参数去定义和度量，也可以借助各种检验方法去观察和研究。
钢丝的性能完全取决于组织结构，组织结构在很大程度上取决于热处理和冷加工工艺，要生产出顾客滿意的钢丝产品，必须搞清组织结构与使用性能的关系，以及组织结构与热处理工艺的关系。
2.2组织结构与使用性能5
2.2.1组织结构
钢铁材料有7种基本组织结构：
奥氏体、铁素体和渗碳体、珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体，其中奥氏体、铁素体和渗碳体是基本相，珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体是多相混合物。
各种组织结构的表观特性及性能特点描叙如下：
奥氏体（austenite）：
碳钢的奥氏体在低温下不稳定，无法直接观察，如果钢中加入Mn、Ni和Cu等稳定奥氏体的元素，奥氏体可以保持到室温状态，。
观察Mn13或奥氏体钢1Cr18Ni9Ti的金相组织可发现：
奥氏体的晶界比较直，晶内有孪晶或滑移线。
淬火钢中的残余奥氏体分布在马氏体的空隙处，颜色浅黄、发亮。
奥氏体钢具有优异的冷加工性能，在高低温条件下均可保持良好的强韧性。
一般说来奥氏体钢的冷加工硬化速率远大于珠光体和索氏体钢，经大减面拉拔可以制备具有特殊性能的弹簧，高锰奥氏体钢具有优异的耐磨性能和减振性能，奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能和耐热性能。
固溶状态的奥氏体钢无磁，经深冷加工有微弱的磁性。
铁素体（ferrite）：
铁素体晶界圆滑，晶内很少见孪晶或滑移线，颜色浅绿、发亮，深腐蚀后发暗。
钢中铁素体以片状、块状、针状和网状存在。
纯铁素体组织具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度都很低，；冷加工硬化缓慢，可以承受较大减面率拉拔，但成品抗拉强度很难超过1200MPa。
常用铁素体钢丝有铁素体不锈钢丝（0Cr17）和铁-铬-铝电热合金丝（0Cr25Al5）等。
渗碳体（cementite）：
渗碳体具有复杂的斜方晶格结构，硬度高到可以刻划玻璃，非常脆，几乎无塑性。
钢中渗碳体以各种形态存在，外形和成分有很大差异：
一次渗碳体多在树枝晶间处析出，呈块状，角部不尖锐；共晶渗碳体呈骨骼状，破碎后呈多角形块状；二次渗碳体多在晶界处或晶内，可能是带状、网状或针状；共析渗碳体呈片状，退火、回火后呈球状或粒状。
在金相图谱中渗碳体白亮，退火状态呈珠光色。
一次渗碳体和破碎的共晶渗碳体只有在莱氏体钢丝，如9Cr18、Cr12、Cr12MoV和W18Cr4V中才能见到，只要热加工工艺得当，冷拉用盘条中的一次渗碳体块度应较小、无尖角，共晶碳化物应破碎成小块、角部要圆滑，否则根本无法拉拔，渗碳体带轻度棱角的盘条，可以通过正火后球化退火+轻度（Q020%）拉拔+高温再结晶退火的方法加以挽救。
带状和网状渗碳体也是拉丝用盘条中不应出现的组织，这两种组织提高钢的脆性，不利于钢丝加工成形，显著降低成品钢丝的切削性能和淬火均匀性，对网状2.5级的盘条可用正火的方法改善网状，一般说来钢丝经冷拉-退火两次以上循环，网状可降低0.5～1级。
渗碳体在合金钢中可与其它元素形成固溶体，固溶体中碳可能被氮等小直径原子置换，铁原子也可能被其它原子（Mn、Cr等）代替，形成合金渗碳体（Fe·Me）3C。
合金渗碳体的形成会改变钢的临界点温度，阻碍或延缓奥氏体向珠光体转变时间，参见图13。
珠光体（pearlite）：
珠光体是由片状铁素体和渗碳体组成的混合物，其中渗碳体的质量分数为12%，铁素体的质量分数为88%，两者密度相近，在金相图谱中铁素体呈宽条状，渗碳体呈窄条状。
若干铁素体与渗碳体平行排列组成一个晶体群叫珠光体晶团。
一个奥氏体晶粒缓冷时可能转变成几个珠光体晶团，各晶团之间的位向明显不同。
如果放大到足够倍数，就可以看清铁素体和渗碳体都呈灰白色，有珍珠的亮光，两者交界处因被腐蚀得凹凸不平而呈黑色。
放大倍率不够时，渗碳体两边的界线分辨不开，渗碳体呈现为黑色细条。
放大倍率太低时，整个珠光体都变为一片黑色。
片状珠光体是由成分均匀的奥氏体冷却转变来的，等温转变温度，或连续冷却速度直接影响到珠光体的片间距。
片间距指相邻的一片渗碳体和一片铁素体厚度之和。
高温区形成的珠光体，片层厚而且平直；低温区形成的珠光体，即索氏体（sorbite）或托氏体（troostite），索氏体指在金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体，托氏体指在金相显微镜下已无法分辨片层的极细珠光体。
索氏体和托氏体片层薄而且弯曲，往往呈现不连续现象。
过冷度与片间距有严格的对应关系，同一牌号的钢丝，在一定等温区间，珠光体的片间距是相对衡定的。
实验证明，奥氏体晶粒度虽然对珠光体晶团的大小有决定性影响，但基本不影响珠光体片间距。
片状珠光体经适当的热处理，渗碳体变为球状或粒状，转化为粒状珠光体。
从奥氏体状态冷却时，是转变为片状珠光体，还是粒状珠光体，主要取决于奥氏体成分的均匀性。
完全奥氏体化的成分均匀的奥氏体，冷却后形成片状珠光体；成分不均匀的奥氏体，冷却后形成粒状珠光体。
在奥氏体临界点（A1）附近反复冷却-加热，然后缓冷，或钢丝冷拉后再退火，都是实现粒状珠光体转变的有效方法。
珠光体钢丝的力学性能（抗拉强度Rm、伸长率A、断面收缩率Z、硬度），可拉拔性（变形抗力、冷加工硬化速率、极限减面率Q），工艺性能（弯曲Nb、扭转Nt、缠绕、顶锻、冲压）与显微组织结构密切相关。
一般说来，粒状珠光体钢丝的抗拉强度Rm和硬度要低于片状珠光体钢丝，伸长率A和断面收缩率Z前者要高于后者；粒状珠光体钢丝的拉拔性能优于片状珠光体钢丝，表现为拉拔力低、冷加工硬化慢、能承受的极限减面率大；工艺性能前者优于后者。
在粒状珠光体范围内，随着球化度提高（球化组织从1级升到3级），钢丝抗拉强度和硬度下降，塑性和韧性上升，可拉拔性和工艺性能也越来越好，特别冷顶锻和深冲性能显著改善。
在片状珠光体范围内，珠光体晶团和片间距对钢丝性能起决定性的影响，珠光体晶团的尺寸与奥氏体的晶粒度成正比；而片间距与奥氏体的晶粒度基本无关，主要取决于过冷度（冷却速度），可以说，在一定的转变温度范围内，片间距必定在一定的范围内。
此外，碳和合金元素的含量对片间距也有一定的影响，随着碳含量的增加，片间距逐渐减小，Co、尤其是Cr能显著减小片间距，而Ni、Mn、Mo则使片间距加大。
当片间距小到索氏体范围内时，钢丝的各项性能又有另一番变化。
贝氏体（bainite）：
贝氏体转变温度范围较宽，在较高温度下（500～350℃），奥氏体等温转变生成上贝氏体（upperbainite）。
上贝氏体在晶界成核，短条状渗碳体与板条状或棒状铁素体以晶界为对称轴，平行生长，呈板条状或羽毛状。
高碳钢的短条状渗碳体断续分布在铁素体板条间，羽毛往往分辨不清，颜色是蓝黑色，中碳钢羽毛较明显，低碳钢羽毛很清楚，铁素体条较粗。
在贝氏体区下部等温转变生成下贝氏体（lowerbainite）。
下贝氏体晶粒呈针状，两端尖，针叶不交叉，但可以交接。
晶内渗碳体呈细针状，与铁素体长轴成55°～65°夹角，颜色分散度大，比马氏体针颜色深。
在贝氏体转变温度范围内（Bs～Bz），渗碳体扩散缓慢，铁素体的扩散受阻，即使温度降到Bs点以下，贝氏体转变仍无法完成，随温度下降，贝氏体数量逐渐增加，直到Bz点，过冷奥氏体往往也不能完全转变，剩余未转变奥氏体叫残余奥氏体。
对于大多数钢来说，贝氏体转变温度范围大约是120℃，Bz点可能位于Ms点以上，也有可能位于Ms点以下，而且基本不受碳和合金元素含量的影响，多在315～375℃之间。
马氏体（martensite）：
常见马氏体组织有两种类型：
中低碳钢淬火获得板条状马氏体，板条状马氏体是由许多一束束尺寸大致相同，近似平行排列的细板条组成的组织，各束板条之间角度比较大，高碳钢淬火获得针状马氏体，针状马氏体呈竹叶或凸透镜状，针叶一般限
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