AF的原始意義是根據二維形態觀察得出的具有針狀形貌的一種鐵素體。針狀鐵素體一般在非金夾雜物處非均勻形核，然后從這個形核地點向許多不同的方向輻射生長，典型的針狀鐵素體組織常見于管線鋼焊縫金屬組織。由于AF生長時取向隨機分布，不存在與原始基體的位相關系，能夠有效地阻止裂紋的擴展，故具有很好的力學性能，特別是韌性。針狀鐵素體的概念是由Y E Smith在1971年提出的，它是指低合金高強度鋼中所形成的一種不同于鐵素體―珠光體的類貝氏體組織，是微合金化鋼在控軋控冷過程中，在稍高于貝氏體溫度范圍，通過切變和擴散的混合相變機制而形成的具有高密度位錯的非等軸鐵素體[8]。針狀鐵素體在光學顯微鏡下的形貌特征是不規則的鐵素體塊，并不是針狀，這里所說的“針狀”形貌是在透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope， TEM)下觀察到的形貌。TEM下AF沒有規則外形形貌，尺寸大小不等，但針狀形貌的長軸方向大部分平行排列，針內具有高密度位錯亞結構，晶粒間以小角度晶界為主。另外，光學顯微鏡下在AF晶粒內或晶粒內分布著細小的灰色顆粒，這些灰色顆粒為具有較高碳含量的馬-奧(Martensite/Austenite， MA)島。
針狀鐵素體是X70和X80管線鋼的典型組織，管線鋼中的針狀鐵素體是一個混合組織，主要由粒狀貝氏體、M/A島、多邊形鐵素體和準多邊形鐵素體組成。在TEM下，AF由大量的帶有高密度位錯度的板條鐵素體組成，若干板條平行排列構成板條束，一個奧氏體晶?？梢孕纬珊芏喟鍡l束，板條界為小角度晶界，板條束界面則為大角度晶界，板條間可能有條狀分布的M/A島，見圖1.13所示。針狀鐵素體形態與低碳鋼中的無碳貝氏體相似，只是由于成形溫度稍高，略高于上貝氏體。板條特征不如無碳貝氏體發達，有些板條界的形成還會發生回復，以至常能觀察到板條界不連續的現象。它的轉變以擴散和剪切的混合機制實現轉變，因為轉變只涉及鐵素體(F)，不形成Fe3C，其中的少量奧氏體只是殘留相(部分奧氏體冷卻時轉變為馬氏體)，故稱該產物為鐵素體，而不稱貝氏體。又由于鐵素體呈板條形態，因此命名為針狀鐵素體，獲得這類組織的鋼種稱為針狀鐵素體鋼。從本質上看，針狀鐵素體屬于貝氏體，從金相觀察角度來看，針狀鐵素體組織就是粒狀貝氏體。
圖1.13 X80針狀鐵素體組織
GF與AF有很多相似之處，都屬于奧氏體中溫轉變產物，只是粒狀鐵素體的形成溫度稍高，或冷卻速度稍慢，因而組織形態稍有不同，所以把它們列為獨立的一類組織。與AF相同的是，都有彌散的奧氏體或MA島分布于F基體中，不同的是，小島具有粒狀或者等軸形狀。TEM證實鐵素體基體由含有較高位錯密度細小亞晶組成，亞晶一般為等軸狀，在亞晶相遇處形成了封閉的島狀組成物。對粒狀鐵素體和粒狀貝氏體組織存在著很多爭議，研究貝氏體相變的很多學者認為，粒狀鐵素體和粒狀貝氏體雖然形貌有相似之處，但轉變機理和本質是不同的。GF是通過塊狀轉變析出的先共析鐵素體，島狀物呈不規則分布，而后者為中溫轉變形成的貝氏體，TEM下基體亞結構為板條[9]。由于GF和粒狀貝氏體在金相下非常相似，所以在管線鋼中不再把二者區別開，而是把GF當作GB來處理。
