强磁场下钢铁材料的相变已经成为现代钢铁材料研究的重点热点,而强磁场下相变组织成分变化和物理机制是探索强磁场对金属相变影响研究的重中之重。本文结合实验观察和理论计算研究了低温贝氏体相变的组织转变和热力学机制,探索磁场作用下的贝氏体相变过程中的碳扩散和碳分配。其中,本文主要根据实验数据建立了不同碳含量的贝氏体铁素体模型,结合第一性原理、魏氏分子场理论和相关的热力学数据,计算了磁自由能的变化,半定量分析了磁场下碳原子分配的热力学机制。同时,还研究了M₂₃C₆碳化物在磁场下提前析出的热力学稳定性。主要结论如下:（1）磁场作用下贝氏体铁素体的碳含量降低了。EPMA线扫和点扫实验分别定性和定量地测量了磁场下贝氏体铁素体碳含量的降低,且贝氏体铁素体的纳米硬度值的降低从侧面验证了这一实验结论。（2）贝氏体铁素体碳含量越低其结构越稳定。通过对根据实验数据建立的贝氏体铁素体的晶胞模型进行计算和分析,贝氏体铁素体碳含量越低其形成能越小,并且其晶胞结构变化率越小,表明其结构稳定性越好。（3）磁场作用下,贝氏体铁素体的磁矩增大。这是由于磁场诱导磁交换耦合的增加,而磁交换耦合决定了磁矩的大小。（4）磁场作用下,贝氏体铁素体的磁自由能变化量为-11.4 J/（mol*Fe）,而奥氏体的磁自由能为0,这使得奥氏体与贝氏体铁素体之间的相变驱动力增大,促进了贝氏体相变。（5）磁场作用下,贝氏体铁素体与奥氏体相界面处的平衡碳浓度增大,使得界面碳扩散通量增大,更多碳原子迁移到奥氏体中。（6）对奥氏体相的碳扩散进行建模和计算发现,磁场影响下奥氏体中的碳扩散通量增大了。（7）磁场磁场作用下,渗碳体相和奥氏体相界面的平衡碳浓度升高,促进了渗碳体的析出,为了最大化磁场的促进作用,渗碳体呈球形析出,增大了相界面。这使得磁场作用下部分的碳原子分配到渗碳体中。（8）Fe₂₀Cr₃C₆碳化物中的Fe₃和Fe4原子连接组成了稳定得晶格框架,Cr1、Cr2和C原子位于框架中心;Fe₂₀Cr₃C₆的磁性主要来源于Fe和Cr原子的3d轨道贡献,且方向相反,Fe₂₃C₆和Fe₂₀Cr₃C₆中存在sp和pd轨道杂化。（9）中温相变时,Fe₂₀Cr₃C₆在强磁场下有较大的磁矩,因而具有较大的磁自由能变化量,而Fe2C、Fe₃C的磁自由能非常小,几乎为0。因此,强磁场下Fe₂₀Cr₃C₆具有更大的热稳定性,促使了Fe₂₀Cr₃C₆碳化物的提前析出。与实验结论符合较好。