Medan ett fasdiagram visar oss vilka faser som är stabila vid jämvikt, säger det oss inte hur snabbt eller ens om en omvandling kommer att ske. Verkliga processer sker sällan i perfekt jämvikt. För att förstå dem måste vi titta på kinetiken – studien av reaktionshastigheter. Två huvudfaktorer styr fasomvandlingar: den termodynamiska drivkraften (viljan att nå ett lägre energitillstånd) och den kinetiska möjligheten (att atomerna faktiskt kan flytta på sig för att bilda den nya fasen).

De flesta fasomvandlingar i stål, som bildandet av perlit och bainit från austenit, är diffusionsstyrda. Detta innebär att kolatomer och järnatomer måste förflytta sig över avstånd inom kristallgittret. Tänk dig att du bygger om ett hus med legobitar. Du måste plocka isär de gamla väggarna (austenit) och flytta bitarna (atomer) till nya platser för att bygga de nya rummen (ferrit och cementit). Denna process tar tid och är starkt beroende av temperaturen. Vid högre temperaturer har atomerna mer energi och kan röra sig snabbare, vilket påskyndar diffusionen och därmed omvandlingen.

En fasomvandling sker inte överallt samtidigt. Den börjar på specifika platser genom en process som kallas kärnbildning och växer sedan därifrån. Kärnbildning är skapandet av små, stabila embryon av den nya fasen inuti den gamla. När ett embryo har bildats kan det växa genom att atomer från den omgivande matrisen ansluter sig till det.

Det finns två typer av kärnbildning: homogen och heterogen. Homogen kärnbildning sker slumpmässigt inuti en perfekt kristall, men detta kräver en enorm mängd energi för att skapa en ny yta och är mycket sällsynt i praktiken. Heterogen kärnbildning är mycket vanligare. Den sker vid defekter i kristallstrukturen, såsom korngränser eller föroreningar. Dessa platser har redan högre energi, vilket sänker energibarriären som krävs för att bilda en ny kärna. Det är som att starta en eld: det är mycket lättare att tända på en hög med torrt fnöske (en korngräns) än att försöka tända en slät, solid trästock (en perfekt kristall).

För att förutsäga vilka mikrostrukturer som bildas under icke-jämviktsförhållanden använder vi speciella diagram. Ett TTT-diagram (Time-Temperature-Transformation) visar vad som händer om vi snabbt kyler ner austenit till en viss temperatur och håller den där (en isotermisk process). Diagrammet kartlägger hur lång tid det tar för omvandlingen att starta och avslutas vid varje given temperatur.

Industriella processer involverar dock sällan att hålla temperaturen konstant. Istället kyls materialet kontinuerligt. För detta ändamål används [{] (Continuous Cooling Transformation). De liknar TTT-diagram, men kurvorna är förskjutna nedåt och åt höger. Detta beror på att materialet tillbringar tid vid högre temperaturer under nedkylningen, vilket ger omvandlingen en "tjuvstart" innan de lägre, snabbare omvandlingstemperaturerna nås. Ett CCT-diagram låter oss förutsäga den slutliga mikrostrukturen baserat på en specifik kylhastighet.

Att förstå kinetiken bakom fasomvandlingar är nyckeln till att kontrollera mikrostrukturen och egenskaperna hos stål. TTT- och CCT-diagram är oumbärliga verktyg för materialingenjörer som designar värmebehandlingsprocesser.