隨著經濟持續發展，工業對於不銹鋼的需求日漸增加。鐵錳鋁碳合金鋼就具備良好的機械性質，近年來許多專家學者持續進行研究，嘗試找去適當的成分比例。
本實驗依據謝克昌老師所計算出的相圖，取低錳成分進行熱處理，依照不同溫度與時間，使試片達到相平衡。接著進行顯微結構觀察、定量分析以及EBSD相鑑定分析，作為修正平衡相圖的依據。
6Mn與8Mn兩成分在計算相圖1050 oC時皆屬於FCC+BCC的兩相區，但其原始金相組織就有很大的不同，因此有進行確認的必要。將兩試片置入1050 oC下時效2小時後取出水淬，經各種分析綜合結果後，發現8Mn應為FCC單相區，因此相圖在高溫部分其單相與雙相的邊界需要修正。另一方面，經實驗結果發現，析出相的析出溫度應如計算相圖為800 oC，而非文獻中的600 oC。
以鹽浴爐進行TTT曲線實驗量測，發現在700 oC時並沒有共析反應發生，推論是因為合金的添加而改變其溫度。在550 oC及600 oC時有波來鐵生成，並且隨著時效時間增加而所佔比例增加，由此可繪出初步的TTT示意圖。

Fe-Al-Mn-C alloy have good mechanical properties and have potential to replace the stainless steel. Many investigations have been done in literature and try to find a better alloy compositions.

In this study, the isopleths of Fe-3Al-Mn-0.6C calculated under Calphad method. This calculated isopleths was checked by alloy equilibrium methods. Followed by microstructure observation, quantitative analysis and EBSD phase identification analysis, as the basis of the equilibrium phase diagram correction.

The TTT curve under 550 oC, 600 oC and 700 oC are also investigated by using salt bath furnace.

總目錄
論文審定書.……………………………………………………………………………i
致謝……………………………………………………….…………………………..ii
中文摘要…………………………………………………..…………………………iii
英文摘要……………………………………………………………………………..iv
總目錄…………………………………………………………………………………v
表目錄………………………………………………………………………………..vi
圖目錄………………………………………………………..………………………vii
壹、前言....………………………………………………..…………………………1
1.1研究背景........……………………………………………………………………1
1.2研究動機........……………………………………………………………………3
貳、文獻回顧.………..………………………………………………………………4
2.1熱處理與微結構關係..……………………………………………………………4
2.1.1 Fe-10Mn-3Al-0.6C.……………………………………………………………4
2.1.2 Fe-8.8Mn-3Al-0.6C..........……………………………………………………4
2.1.3 Fe-6.6Mn-3Al-0.6C.…………………………………………………………...5
2.2 Fe-Mn-Al-C相圖研究修正.………………………………………………………6
2.3 Fe-Mn-Al-C相圖相關研究.………………………………………………….......7
2.4沃斯田鐵生成之TTT曲線圖.………………………………………………………8
參、實驗方法與步驟.………………………………………………………………...9
3.1實驗材料.…………………………………………………………………………..9
3.2實驗步驟.…………………………………………………………………………..9
3.2.1熱處理.…………………………………………………………………………...9
3.2.2金相前處理.…………………………………………………………………….10
3.2.3金相觀察與定量分析.………………………………………………………....10
3.2.4 EBSD相鑑定分析.…………………………………………………………….10
3.3鹽浴爐時效.…………………………………………………………………….…11
3.4 硬度試驗.………………………………………………………………………...11
肆、結果與討論.…………………………………………………………………..…12
4.1第一部分:相圖修正.…………………………………………………………...…12
4.1.1 8Mn的高溫相鑑定.…………………………………………………………...12
4.1.2 8Mn析出相溫度確認.………………………………………………………...14
4.1.3 6Mn的高溫相鑑定.……………………………………………………………15
4.1.4 6 Mn析出相溫度確認.………………………………………………………...16
4.2第二部分:TTT曲線圖.……………………………………………………………..17
伍、結論.……………………………………………………………………………...20
陸、參考文獻.…………………………………………………………………………21
表目錄
表4-1 退火後550 oC鹽浴不同時間之波來鐵比例.………………………………….23
圖目錄
圖1-1 Fe-Mn-Al-C計算相圖與本實驗研究之成分[6].……………………………….24
圖2-1 熱膨脹儀曲線。黑線代表以每秒+5 oC升溫，灰線是模擬水冷.……………24
降溫[12].…………………………………...................................................24
圖2-2 熱軋試片的SEM照片[12].………………………………….........................25
圖2-3 600 oC退火30分鐘空冷腐蝕後ND面的光學顯微鏡照片[12].……………….25
圖2-4 675 oC退火30分鐘後空冷試片ND面的光學顯微照片[12].………………….26
圖2-5熱軋板之SEM照片，其中M為麻田散鐵，γ為沃斯田鐵和B.……………….26
為變韌鐵[1].…………………………………..............................................26
圖2-6 550 oC持溫4小時回火之SEM照片，M為麻田散鐵和P為.…………………27
波來鐵[1].………………………………….................................................27
圖2-7 550 oC回火後725 oC30分鐘退火之SEM照片，γ為沃斯田鐵和..............27
α為肥粒鐵[1].…………………………………........................................27
圖2-8 550 oC回火後750 oC30分鐘退火之SEM照片，γ為沃斯田鐵、.…………28
α為肥粒鐵和M為麻田散鐵.…………………………………......................28
圖2-9 熱軋板材之SEM照片，帶狀結構內有麻田散鐵相(M)[2]…………………..28
圖2-10 熱軋板材之SEM照片，在更高倍率下可觀察到樹葉狀的變韌 …………..29
鐵(B)[2]………………………...............................................................29
圖2-11熱軋板經750 oC退火30分鐘後水淬之SEM照片[2] ………………………..29
圖2-12熱軋板經750 oC退火30分鐘後水淬之SEM照片，觀察散布…...............30
組織，並無碳化物存在，而是條狀肥粒鐵出現[2]………………………......30
圖2-13 冷軋板之SEM照片，箭號處為γ-band[2]………………………..............30
圖2-14 冷軋板經650 oC退火30分鐘後空冷之SEM照片，箭號處為…………....31
碳化物，圓圈處為未分解之麻田散鐵[2]………………………..................31
圖2-15冷軋板經675 oC退火30分鐘後空冷之SEM照片，圓圈表示………….....31
處為少量未分解的麻田散鐵相[2]………………………...........................31
圖2-16冷軋板經700 oC退火30分鐘後空冷之SEM照片[2]..............................32
圖2-17冷軋板經725 oC退火30分鐘後空冷之SEM照片，圓圈處為.................32
麻田散鐵[2]………………………........................................................32
圖2-18鐵鋁錳碳合金在1atm,0.59 wt.% C, 3.1 wt.% Al的Isopleth相圖[6].......33
圖2-19鐵鋁錳碳合金在1 atm,0.59 wt.% C, 3.1 wt.% Al經修正的..................33
Isopleth相圖[6]………………………...................................................33
圖2-20鐵鋁錳碳合金在1 atm, 0.25 wt% C, 3 wt% Al的Isopleth相圖[7]..........34
圖2-21鐵鋁錳碳合金1atm, 0.25 wt% C, 3 wt% Al修正Isopleth相圖[7]...........34
圖2-22 在沃斯田鐵化TTT曲線圖………………………...................................35
圖4-1 8Mn原始組織之SEI照片……………………….....................................36
圖4-2 8Mn原始鑄造組織之BEI照片………………………..............................36
圖4-3 8Mn原始軋延組織之成分分析位置圖與結果……………………….........37
圖4-4 8Mn在1050 oC下時效2小時之SEI圖………………………...................38
圖4-5 8Mn在1050 oC下時效2小時之BEI圖………………………...................38
圖4-6 8Mn在1050 oC下時效2小時之成分分析位置圖與結果........................39
圖4-7 8Mn在1050 oC下時效2小時之EBSD相分析圖……………………….....40
圖4-8 10.7Mn在1050 oC下時效2小時之SEI圖………………………..............40
圖4-9 10.7Mn在1050 oC下時效2小時之BEI圖………………………..............40
圖4-10 10.7Mn在1050 oC下時效2小時之成分分析位置圖與結果.................41
圖4-11 8Mn在800 oC下時效1小時之SEI圖………………………..................42
圖4-12 8Mn在800 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................42
圖4-13 8Mn在800 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................42
圖4-14 8Mn在900 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................43
圖4-15 8Mn在900 oC下時效3小時之SEI圖………………………..................43
圖4-16 8Mn在900 oC下時效4小時之SEI圖………………………..................43
圖4-17 8Mn在900 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................44
圖4-18 8Mn在850 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................44
圖4-19 8Mn在850 oC下時效3小時之SEI圖………………………..................44
圖4-20 8Mn在850 oC下時效4小時之SEI圖………………………..................45
圖4-21 8Mn在850 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................45
圖4-22 8Mn在750 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................45
圖4-23 8Mn在750 oC下時效3小時之SEI圖………………………..................46
圖4-24 8Mn在750 oC下時效4小時之SEI圖………………………..................46
圖4-25 8Mn在750 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................46
圖4-26 8Mn在750 oC下時效3小時之成分分析位置圖與結果………………....47
圖4-27 6Mn原始軋延組織SEI圖……………………….................................48
圖4-28 6Mn原始軋延組織BEI圖……………………….................................48
圖4-29 6Mn原始軋延組織之成分分析位置圖與結果………………………......49
圖4-30 6Mn在1050 oC下時效2小時之SEI圖………………………................50
圖4-31 6Mn在1050 oC下時效2小時之BEI圖………………………................50
圖4-32 6Mn在1050 oC下時效2小時之成分分析位置圖與結果.....................51
圖4-33 6Mn在1050 oC下時效2小時之EBSD相分析圖………………………..52
圖4-34 6Mn在800 oC下時效1小時之SEI圖………………………..................52
圖4-35 6Mn在800 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................52
圖4-36 6Mn在800 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................53
圖4-37 6Mn在900 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................53
圖4-38 6Mn在900 oC下時效3小時之SEI圖………………………..................53
圖4-39 6Mn在900 oC下時效4小時之SEI圖………………………..................54
圖4-40 6Mn在900 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................54
圖4-41 6Mn在850 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................54
圖4-42 6Mn在850 oC下時效3小時之SEI圖………………………..................55
圖4-43 6Mn在850 oC下時效4小時之SEI圖………………………..................55
圖4-44 6Mn在850 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................55
圖4-45 6Mn在750 oC下時效2小時之SEI圖………………………..................56
圖4-46 6Mn在750 oC下時效3小時之SEI圖………………………..................56
圖4-47 6Mn在750 oC下時效4小時之SEI圖………………………..................56
圖4-48 6Mn在750 oC下時效5小時之SEI圖………………………..................57
圖4-49 Fe-C平衡相圖[20]………………………..........................................57
圖4-50 6Mn在700 oC下鹽浴30秒之SEI圖………………………....................58
圖4-51 6Mn在700 oC下鹽浴1分鐘之SEI圖………………………...................58
圖4-52 6Mn在700 oC下鹽浴2分鐘之SEI圖………………………...................58
圖4-53 6Mn在700 oC下鹽浴5分鐘之SEI圖………………………...................59
圖4-54 6Mn在700 oC下鹽浴10分鐘之SEI圖……………………….................59
圖4-55 6Mn在700 oC下鹽浴15分鐘之SEI圖……………………….................59
圖4-56 6Mn在700 oC下鹽浴20分鐘之SEI圖……………………….................60
圖4-57 6Mn在700 oC下鹽浴30分鐘之SEI圖……………………….................60
圖4-58 6Mn在700 oC下鹽浴60分鐘之SEI圖……………………….................60
圖4-59 6Mn在700 oC下鹽浴120分鐘之SEI圖………………………...............61
圖4-60 6Mn在700 oC下鹽浴180分鐘之SEI圖………………………...............61
圖4-61 6Mn在700 oC下鹽浴240分鐘之SEI圖………………………...............61
圖4-62 6Mn在700 oC下鹽浴300分鐘之SEI圖………………………...............62
圖4-63 6Mn在700 oC下鹽浴240分鐘之成分分析位置圖與結果……………....62
圖4-64 TTT實驗用鋼材原始組織SEI圖……………………….........................63
圖4-65 TTT實驗用鋼材在1050 oC時效2小時之成分分析位置圖與結果..........63
圖4-66 退火後6Mn在700 oC下鹽浴30分鐘之SEI圖……………………….......64
圖4-67 退火後6Mn在700 oC下鹽浴60分鐘之SEI圖……………………….......64
圖4-68 退火後6Mn在700 oC下鹽浴90分鐘之SEI圖……………………….......64
圖4-69 退火後6Mn在700 oC下鹽浴120分鐘之SEI圖……………………….....65
圖4-70 退火後6Mn在700 oC下鹽浴150分鐘之SEI圖……………………….....65
圖4-71 退火後6Mn在700 oC下鹽浴180分鐘之SEI圖……………………….....65
圖4-72 退火後6Mn在700 oC下鹽浴210分鐘之SEI圖……………………….....66
圖4-73 退火後6Mn在700 oC下鹽浴240分鐘之SEI圖……………………….....66
圖4-74 退火後6Mn在550 oC下鹽浴30分鐘之SEI圖 ………………………......66
圖4-75 退火後6Mn在550 oC下鹽浴60分鐘之SEI圖……………………….......67
圖4-76 退火後6Mn在550 oC下鹽浴90分鐘之SEI圖……………………….......67
圖4-77 退火後6Mn在550 oC下鹽浴120分鐘之SEI圖(100X)…………………...67
圖4-78 退火後6Mn在550 oC下鹽浴150分鐘之SEI圖(100X)…………………...68
圖4-79 退火後6Mn在550 oC下鹽浴180分鐘之SEI圖(100X)…………………...68
圖4-80 退火後6Mn在550 oC下鹽浴210分鐘之SEI圖(100X)……………………68
圖4-81 退火後6Mn在550 oC下鹽浴240分鐘之SEI圖(100X)……………………69
圖4-82 退火後6Mn在550 oC下鹽浴360分鐘之SEI圖(100X)……………………69
圖4-83 退火後6Mn在550 oC下鹽浴420分鐘之SEI圖(100X)……………………69
圖4-84 退火後6Mn在550 oC下鹽浴480分鐘之SEI圖(100X)…………………...70
圖4-85 波來鐵比例與硬度關係圖………………………................................70
圖4-86 6Mn軋延板材之原始金相之SEI圖……………………….....................71
圖4-87 6Mn軋延板材在600 oC下鹽浴30分鐘之SEI圖………………………....71
圖4-88 6Mn軋延板材在600 oC下鹽浴60分鐘之SEI圖………………………....71
圖4-89 6Mn軋延板材在600 oC下鹽浴90分鐘之SEI圖………………………....72
圖4-90 6Mn軋延板材在600 oC下鹽浴120分鐘之SEI圖………………………..72
圖4-91 6Mn軋延板材在600 oC下鹽浴150分鐘之SEI圖………………………..72
圖4-92 6Mn軋延板材在600 oC下鹽浴180分鐘之SEI圖………………………..73
圖4-93 退火後6Mn在600 oC下鹽浴30分鐘之SEI圖(100X)…………………....73
圖4-94 退火後6Mn在600 oC下鹽浴60分鐘之SEI圖(100X)…………………....73
圖4-95 退火後6Mn在600 oC下鹽浴90分鐘之SEI圖(100X)…………………….74
圖4-96 退火後6Mn在600 oC下鹽浴120分鐘之SEI圖(100X)……………………74
圖4-97 退火後6Mn在600 oC下鹽浴150分鐘之SEI圖(100X)………………......74
圖4-98 退火後6Mn在600 oC下鹽浴180分鐘之SEI圖(100X)……………………75
圖4-99 退火後6Mn在600 oC下鹽浴210分鐘之SEI圖(100X)……………………75
圖4-100 退火後6Mn在600 oC下鹽浴240分鐘之SEI圖(100X)…………………..75
圖5-1 目前修改之相圖………………………................................................76
圖5-2 初步TTT示意圖……………………….................................................76

1. 呂俊仁，熱處理對鐵錳合金熱軋板之組織與拉伸性質的影響，國立中山大學材料與光電科學學系碩士論文，2013。
2. 歐志鴻，退火處理對中錳含量鋼材之微觀組織與拉伸性質的影響，國立中山大學材料與光電科學學系碩士論文，2013。
3. J. L. Han and R. E. Cairns, Jr. Product Engineering, vol. 29, pp. 58, 1958.
4. R. A. Hadfield, Process of Making Steel containing carbon, manganese and aluminum. US Patent 422403, 1887.
5. D. J. Schmatz, Structure and properties of Austenitic Alloys Containing Aluminum and silicon. ASM Trans, vol. 52, pp. 898-913. 1960.
6. 楊璧瑋，Fe-Al-Mn-C相平衡量測，國立中山大學材料與光電科學學系碩士論文，2012。
7. 吳宜珍，Fe-Al-Mn-C相圖研究，國立中山大學材料與光電科學學系碩士論文，2013。
8. 戈元，鐵-12錳-4鋁-0.5碳合金相變化之研究，國立台灣科技大學機械工程系碩士學位論文，2007。
9. B. K. Zuidema, D. K. Subramanyam, W. C. Leslie, The effect of aluminum on the work hardening and wear resistence of hadfield manganese steel, Metall. Trans. A, vol. 18, pp. 1629-1639, 1987.
10. 劉增豐，鐵錳鋁合金研究發展總計畫，NSC77-0201-E009-002R，1988。
11. 李志隆，蔡大和，陳煌湶，鋼鐵材料設計與應用，中國鑛冶學會，財團法人中鋼集團教育基金會，pp. 3-1, 3-14。
12. 謝郁玲，熱處理對Fe-10Mn-3Al-0.6C合金之拉伸性質與組織之影響，國立中山大學材料與光電科學學系碩士論文，2012。
13. H. Kim, D. W. Suh, N. J. Kim, Fe-Al-Mn-C lightweight structural alloys: a review on the microstructures and mechanicall properties, Sci. Technol. Adv. Mater, vol. 14, pp 1-11.
14. G. Frommeyer, U Brüx, Microstructures and Mechanical Properties of High-Strength Fe-Mn-Al-C High-Weight TRIPLEX Steels, Steel Res. Int, vol. 77, pp. 627-633, 2006.
15. D. J. Schmatz, Formation of Beta Manganese-Type strcture in Iron-Aluminum-Manganese, Trans. AIME, vol. 215, pp. 121-123, 1959.
16. G. S. Krivonogov, M. F. Alekseyenko, G. G. Solov’yeva, Phase Transformation Kinetics in Steel 9G28Yu9MVB, Phys. Metals Metall, vol. 39, pp. 86-92, 1975.
17. K. Ishida, H. Ohtani, N. Satoh, R. Kainuma, T. Nishozawa, Phase Equilibria in Fe-Mn-Al-C Alloys, ISIJ Int, vol. 30, pp. 680-686,1990.
18. O. Acselrad, I. S. Kalashnikov, E. M. Silva, R. A. Simao, C. A. Achete, L. C. Pereira, Phase Transformation in Fe-Mn-Al-C Austenitic Steels with Si Addition, Metall. Mater. Trans. A, vol. 33A, pp. 3569-3572, 2002.
19. U. R. Lenel, TTT Curves for the Formation of Austenite, Scripta Metall Mater, vol. 17, pp. 471-474, 1983.
20. J. Chipman, Thermodynamics and phase diagram of the Fe-C system, Met. Trans, vol. 3, pp. 55, 1972.