항온변태와연속냉각변태 항온변태및항온변태곡선 (TTT Curve) 공석강을 A1 변태온도이상으로가열한후어느정도의시간을유지하게되면단상의 Austenite 가되는데, 이와같이 Austenite 화한후에 A1 변태온도이하의어느온도로급랭시켜서이온도에서시간이지남에따라 Austenite 의변태를나타낸곡선을항온변태곡선 (Isothermal transformation curve) 이라하고, 다른용어로는 TTT 곡선 (time-temperature-transformation curve), C 곡선, 또는 S 곡선이라고칭한다. 그림 1. 공석강의항온변태곡선 그림 1 은공석강 (0.8%C 강 ) 의전형적인 TTT curve 를나타낸것이다. TTT curve 는 2 개의 C 자형상을가진곡선으로구성되어있는데, 왼쪽곡선은변태개시선을, 오른쪽곡선은변태종료선을나타낸다. 또한 550 부근의온도에서곡선이왼쪽으로돌출되어있는데, 이것은변태가이온도에서가장먼저시작된다는것을의미하는것으로서이곡선의 nose 라고부른다. TTT curve 의특징은변태가시작되는시간과종료되는시간을나타낸다는것으로서, 일반적으로 nose 온도위에서항온변태시키면 Pearlite 가형성되고, nose 아래의온도에서항온변태시키면 Bainite 가형성된다. Pearlite 와 Bainite 두조직모두 Ferrite 와 Cementite 로이루어져있으나, Pearlite 는두상이교대로반복되는층상조직을나타내고있고 Bainite 는침상에가까운형태를나타낸다. 또한 Pearlite 형성온도범위중비교적높은온도에서형성된 Pearlite 는조대하고, 비교적낮은온도에서형성된 Pearlite 는미세하다. Bainite 역시형성온도에따라조직의차이를보이는데, 350 550 범위의온도에서형성된상부 Bainite (upper bainite) 는 Ferrite 주위에 Cementite 가석출되는반면에, 250 350 온도범위에서형성된하부 Bainite (lower bainite) 에서는 Ferrite 내에 Cementite 가석출되어있다. 한편그림 2 는공석강과아공석강의항온변태곡선을 Fe-C 상태도와관련시켜서나타낸것이다. 그림 2 의 (b) 에서보면 Pearlite 가형성되기시작하는시간과종료되는시간은 nose 부근에서가장짧고, A1 선으로온도가올라갈수록시간이오래걸린다. 또그림 2 의 (c) 에서보면아공석강인 0.5%C 강에서는또다른곡선이하나존재하는데, 이것은초석 Ferrite 가형성되기시작하는시간을나타내는곡선이다. 이와비슷하게과공석강에서도초석 1/10
Cementite 가형성되기시작하는곡선이존재한다. 공석강과아공석강의항온변태곡선에서나타나는또하나의차이점은 Martensite 가형성되기시작하는온도인 Ms 온도가다르다는것이다. 일반적으로탄소함량이적을수록 Ms 온도는올라간다. 그림 2 Fe-C 상태도 (a) 와공석강의항온변태곡선 (b) 및 0.5% 탄소강의항온변태곡선과 (c) 의관계 Pearlite 의형성공석강을 850 로부터 750 까지냉각해서이온도에서항온유지시키면어떠한변태도일으키지않는다. 그러나 650 까지냉각시켜서항온유지하면 1 초후에 Pearlite 변태가시작되고 10 초이내에변태가완료된다 ( 그림 3(a) 의곡선 II). Pearlite 형성온도가낮아짐에따라층상 Pearlite 는점점미세해지고조직은더욱경화된다. 그림 3 (a) 0.80%C (b) 0.45%C (c) 1.0%C 를함유한강에대한여러가지냉각프로그램으로부터얻어지는조직상의상태 A=Austenite B=Bainite C=Cementite F=Ferrite P=Pearlite M=Martensite Ms= Martensite 생성개시온도 2/10
Pearlite 형성과정을 Cementite 의형성으로부터시작된다고가정하면, Austenite 에서 Cementite 가형성되기위해서는탄소원자가확산이동해와야만하고, 동시에 Cementite 의인접한지역은탄소가고갈되므로 Ferrite 가형성되어, Cementite 와 Ferrite 층이나란히성장해간다. 공석강을 860 에서 Austenite 화한후 705 에서항온변태시킬때유지시간에따른조직의변화를보면, 소정의잠복기 (Incubation period) 가지난후에생성된 Pearlite 콜로니 (colony) 의핵이이웃한핵에서성장하는콜로니와만날때까지계속성장해간다. A1 변태온도바로아래온도는핵생성속도는작고성장속도는비교적크기때문에소수의핵만이형성되어성장하게되어형성된 Pearlite 의층상간격 (Inter lamellar spacing) 은비교적큰편이다. 그림 3(b) 에있는아공석강의경우, 750 에서변태를일으키면 Ferrite 만이형성되어 Ferrite 와 Austenite 의 2 상평형상태가된다 ( 곡선 I). 변태를 650 에서일어나게하면 Ferrite 가우선적으로형성되고, 잠시후에 Pearlite 가형성된다. 그림 3(c) 에나타낸과공석강의경우에도유사한방법으로 Cementite 가우선적으로형성되고, 그다음에 Pearlite 가형성된다. Bainite 의형성 공석강을약 550 이하의온도에서항온변태시키면 Bainite 가형성되기시작한다. Bainite 의형성은 Austenite 결정립계에서 Ferrite 핵의형성으로부터시작된다고가정하고있다. Ferrite 핵이형성되면주위의 Austenite 탄소농도는증가해서 Cementite 가형성되어, Ferrite 와 Cementite 가나란히성장해간다. Bainite 는형성온도에따라상부 Bainite 와하부 Bainite 로분류되는데, 공석강을 860 에서 Austenite 화한후 500 에서 0.5 초간항온변태시킨상부 Bainite 조직을보면깃털모양의상부 Bainite 조직과일부 Pearlite 가나타나는것을알수있다. 일반적으로상부 Bainite 는비교적취약한반면, 하부 Bainite 는비교적인성을가지고있는것으로알려져있다. 한편비교적낮은온도인 300 에서형성된하부 Bainite 조직은상부 Bainite 와는다른형태를나타낸다. 공석강을 860 에서 Austenite 화한후 300 에서항온유지시간에따른조직의변화를보면형태는깃털모양이라기보다는침상의형태를보이고있다. 공석강에서상부 Bainite 에서하부 Bainite 로의천이는 350 정도에서일어나지만그경계를명확히구분하기는어렵다. 그러나상부 Bainite 의경도는변태온도에따라약간변화되는데비하여하부 Bainite 의경도는변태온도가저하함에따라급격히증가된다. 또한상부 Bainite 는동일경도로급냉 tempering 한조직보다인성이그다지높지않지만, 하부 Bainite 는동일경도의급냉 tempering 한조직보다현저하게큰인성을나타낸다. 연속냉각변태 (Continuous cooling transformation) 및연속냉각변태도 (CCT) 공석강의연속냉각변태대부분의실제열처리작업에서는항온변태에의해서강을열처리하기도하지만 Austenite 온도영역에서상온까지연속적으로냉각변태시켜서열처리하고있는경우도많다. 따라서항온변태곡선을연속냉각변태곡선으로전환시키지않으면안된다. 이를위해서는항온변태곡선위에연속냉각곡선을그려서구할수가있다. 세로축은온도, 가로축은시간 (log 눈금 ) 으로정하여항온변태곡선위에여러가지냉각속도로냉각시켰을때의연속냉각곡선을그림 4 에나타냈는데, 여기서는간단히하기위해서냉각곡선을직선으로표시하였다. 앞에서공석강, 아공석강및과공석강을연속적으로서냉시켰을때의조직변화에대하여자세히알아보았는데, 이때에는거의평형냉각을가정했기때문에그림 4 의도움없이도 Fe-Fe 3 C 상태도를통하여상변화를예측할수있었다. 그러나실제적인열처리작업에서는아무리느린냉각인노냉 (Furnace cooling) 을시킨다해도평형냉각보다는매우빠른냉각이고, 더욱빠른냉각인유냉 (Oil quenching) 이나수냉 (Water quenching) 은비평형냉각조건이되기때문에 Fe-Fe 3 C 상태도로부터상변화를예측할수없다. 따라서그림 4 를통하여연속냉각속도에따른변태조직의변화에대하여기본적인안목을기르는것이중요하다. 3/10
그림 4. S- 곡선과연속냉각곡선과의관계 지금몇개의공석강시편을 A1 변태점이상의온도 ( 그림 3.4 에서 t) 로가열한후, 여러냉각속도 (v1 v6) 로냉각시켰다고하자. 이때그림 4 에서직선의기울기가클수록냉각속도가큰것이다. 노냉과같이제일느린냉각은직선 v1, 공냉처럼약간빠른냉각은직선 v2, 유냉과같이더욱빠른냉각은 v3, v4, 수냉과같이가장빠른냉각은 v5, v6 로나타내진다. 제일느린냉각속도인 v1 에서는냉각곡선이 Pearlite 변태의개시및종료선을통과하고있다. 즉변태개시선과는 a1 점에서, 종료선과는 b1 점에서교차하고있다. 이와같이노냉시에는 Austenite 가 Pearlite 로변태하게된다. 특히이변태가변태개시선의가장높은온도에서일어나므로이 Pearlite 조직은조대하게된다. 좀더빠른냉각속도 ( 공냉 ) 인 v2 에서도역시냉각곡선이 Pearlite 변태의개시및종료선을통과하고있으므로 Austenite 는 Pearlite 로변태된다. 그러나변태개시온도가 a2 이고, 종료온도가 b2 이므로노냉시보다는약간낮기때문에 Pearlite 조직은좀더미세해진다. 이와같이공냉에의해서형성된미세 Pearlite 를 Sorbite 라고부른다. 더욱빠른냉각속도인 v3 의냉각속도에서는변태온도가더욱낮으므로형성된 Pearlite 는 Sorbite 보다더욱미세해진다. 이와같이가장미세한 Pearlite 를 Troostite 라고부르며, Troostite 변태가시작되는온도를 Ar' 이라고한다. 이와같은이유로해서 v3 보다빠른냉각일경우에냉각곡선은단순히변태개시선과 a4 에서교차될뿐이며종료선과는교차되지않는다. 이것은 Pearlite 변태가시작되었을뿐종료되지않았다는것을의미한다. 다시말하면일부의 Austenite 는 Pearlite 변태되지만나머지는 Pearlite 조직으로변태할만한시간적여유가없었다는것을나타내는것이다. 따라서 Pearlite 로변태되지못하고남아있는 Austenite 는그대로냉각되고 m4 점에도달되면 Martensite 로변태하게된다. 이와같은 Martensite 변태가시작되는온도를 Ar'', 또는흔히 Ms 점이라고한다. 그러므로 v4 의속도로냉각하면 Troostite 와 Martensite 의혼합조직을얻을수가있고이때의냉각속도는유냉에해당된다. 냉각속도가 v5 보다클때에는 Austenite 는전혀 Ferrite 와 Cementite 로분해되는일없이모두 Martensite 로변태된다. 탄소강에서는이러한냉각속도가수냉에해당된다. v3 와같이 Pearlite 를형성함이없이전적으로 Martensite 를형성시키는최소의냉각속도를임계냉각속도 (Critical cooling rate) 라고한다. 그림 4 에서연속냉각변태를설명할때주의해야할사항이한가지있다. 즉그림에서냉각속도 v3 v1 은도면상에서 Martensite 변태개시온도인 Ms 점을통과하고있다. 예를들면냉각곡선 v3 는 m3 점에서 Ms 선과교차하 4/10
고있지만 Martensite 로변태하는것은아니다. 왜냐하면이냉각곡선은이미 Pearlite 변태개시선과종료선을통과했기때문에전부 Pearlite 로변태되어 Martensite 로변태할 Austenite 가남아있지않기때문이다. 따라서 Martensite 변태는일어나지않게되고, m3 점보다오른쪽의 Ms 선은아무런의미가없는선이되는것이다. 연속냉각변태도한편공석탄소강을연속냉각시키면 Austenite 로부터 Pearlite 로의변태개시는어느일정한온도에서일어나는것이아니라냉각속도가커짐에따라변태개시온도는낮아진다. 그러므로그림 4 에서와같이항온변태곡선으로부터연속냉각에의해서형성되는조직을직접적으로예측하는것은실제적으로정확한것이아니다. 실험결과에의하면공석탄소강에서의연속냉각변태도는항온변태곡선에비하여좀더저온측으로그리고좀더장시간쪽으로이동되어있다는사실을알수있다. 일반적으로항온변태곡선을 IT 곡선, 또는 TTT 곡선이라고부르는것과구별하기위해서연속냉각변태도를 CCT 곡선 (continuous cooling transformation diagram) 이라고부른다. 한편공석강의연속냉각변태도위에 Austenite 화온도로부터여러가지속도로냉각시켰을때의냉각곡선과그에따른형성조직을일반적으로다음과같이구분한다. 매우느린냉각인노냉에의해서조대한 Pearlite 를형성시키는열처리방법을풀림 (Annealing) 이라고하고, 좀더빠른냉각인공냉에의해서미세한 Pearlite 인 Sorbite 를형성시키는열처리방법을노멀라이징 (normalizing) 이라고한다. 또한가장급랭인수냉에의해서전부 Martensite 조직을얻는열처리방법을급냉 (Quenching) 이라고하는데, 이방법은강을경화시키는열처리방법으로서그중요성이매우크다. 한편곡선 C 와같은냉각속도에서는앞서설명한바와같이미세한 Pearlite 의변태가개시되지만이변태를완료시킬만한충분한시간이없기때문에 Pearlite 로변태하지못하고남아있는 Austenite 가 Martensite 로변태하게된다. 따라서최종조직은극히미세한 Pearlite 인 Troostite 와 Martensite 의혼합조직으로된다. 공석탄소강의연속냉각변태도로부터알수있는또하나의중요한사실은 Pearlite 변태를일으키고난후에야 Bainite 변태개시선이통과된다는것이다. 이사실은연속냉각에의해서는 Bainite 변태가일어날수없다는것을의미한다. 따라서 Bainite 조직을얻기위해서는공석강을 Ms 온도와 nose 온도사이로급랭시켜서항온변태시키는수밖에없다. 그러나이것은탄소강에만해당되는것으로서합금원소가첨가된특수강에서는연속냉각에의해서도 Bainite 변태를일으킬수있다. Martensite 변태 Austenite 상태로부터상온으로급격히냉각하면탄소가확산할만한시간적여유가없으므로이동하지못하여 α 철내에고용상태로남아있게된다. 그런데탄소원자가차지할수있는격자틈자리의크기는 γ 철 (0.51A ) 에서보다는 α 철 (0.35A ) 에서더작기때문에격자가팽창될수밖에없다. 이때야기되는응력때문에강의경도가증가되어경화된다. 이와같이 α 철내에탄소가과포화상태로고용된조직을 Martensite 라고부른다. 이 Martensite 변태가시작되는온도를 M S 점, 종료되는온도를 M f 점이라고하며, 이온도는 Austenite 의화학조성에따라서달라지는데공석강에서는약 230 정도이다. 그밖에탄소량에따른 MS, Mf 점의변화를보면, 탄소량이증가됨에따라 M S, M f 점은저하하는것을알수있다. 또한 Martensite 조직의형태도탄소량에따라서래스 (lath), 혼합및판상 (plate) Martensite 로변화된다. 한편 Pearlite 와 Bainite 의형성은변태시간에따라진행되는반면에, Martensite 형성은변태시간에는무관하고 Ms 온도이하로의온도강하량에따라서만결정된다. 일반적으로공석강을 850 에서 Austenite 화한후 Ms 온도아래로냉각시키며관찰한따른 Martensite 형성과정을보면 210, 200, 180 및 20 로온도가내려감에따라 Martensite 변태량이증가함을명확히알수있다. 잔류 Austenite 공석강을급냉하면 Austenite 가 100% Martensite 로변태하는것이아니라일부의 Austenite 가 Martensite 로변태되지못하고상온까지내려오게된다. 이와같이상온에서존재하는미변태된 Austenite 를잔류 Austenite (Retained Austenite) 라고한다. 그림 13 에서보는바와같이, 0.6%C 이상의탄소강에서는 Mf 온도가상온이하로내려가기때문에상온까지급냉하여도 Martensite 변태는종료되지않는다. 이것이잔류 Austenite 를형성시키는이유로된다. 한편급냉한강을상온이하의어느온도로냉각시키면잔류 Austenite 가 Martensite 로변태하게되는데, 이와같은처리를심냉처리 (Sub-zero treatment) 라고한다. 고탄소강이나고합금강에서는잔류 Austenite 가많이존재하므로급냉경도가낮아질수있다. 또한잔류 5/10
Austenite 는상온에서불안정한상이므로이것이존재하는강을상온에서방치시또는사용시 Martensite 로변태되어치수변화를일으키고, 연마시에도 Martensite 로변태되어균열을일으킬염려가있다. 심냉처리에사용되는냉매로는드라이아이스 (-78 ) 나액체질소 (-196 ) 등이있는데, 이심냉처리에대해서는다음에자세히서술하고자한다. 강의변태에미치는합금원소의영향앞에서는강에서일어나는 Pearlite 변태나 Marten site 변태등에대한기본적인사항을설명하였다. 본난에서는탄소강에합금원소가첨가되었을때에이러한변태상황이어떻게달라지는지를설명하고자한다. 즉, 탄소강에 Ni 이나 Cr 등의합금원소가첨가되면 S 곡선이우측으로이동하여 Pearlite 변태가일어나기어려워짐으로두께가큰강재를급냉할때에냉각속도가작아도 Martensite 조직을얻을수있고, 또한 18Cr-8Ni 스테인리스강에서처럼 MS 점이현저하게저하됨으로써상온에서도완전한 Austenite 조직상태로존재하게된다. 급냉 - 풀림 (Quenching-Tempering) 처리를행하여사용하는기계구조용강이나공구강에서합금원소를첨가하는목적은여러가지가있지만그중에서도중요한사항은전술한바와같이 Pearlite 변태를억제시켜서급냉에의한 Martensite 조직을얻기쉽도록하기위한것이다. 즉경화능을향상시키기위한것이다. Pearlite 변태와 Martensite 변태에대한합금원소의영향에대해서설명하기로한다. Pearlite 변태에미치는영향 (1)A1, A3 및 Acm 선의변화강을급냉하거나풀림처리할경우에우선 Austenite 상태의온도로가열할필요가있다. 탄소강에서는 A3 또는 Acm 선이상으로가열하면 Austenite 단상으로되지만, 합금원소가첨가되면이 A3 및 Acm 선의온도가달라지므로합금강에서는 Austenite 조직으로하기위한가열온도의선정에주의할필요가있다. 그림 5. Austenite 영역에미치는 Cr 과 C 의효과. 점선은탄소강과 Austenite 영역을나타낸다. 즉, 공석점은철과탄소만을함유한합금에서는이동되지않음을나타낸다. 그림 5 는 Cr 첨가에따라 A3 선과 Acm 선이변화되는상태즉 Austenite 상영역이변화되는상태를나타낸것으로서, Cr 량이증가함에따라 723, 0.8%C 에해당되는 A1 변태점이저탄소쪽으로그리고고온측으로이동함으로 Austenite 단상영역은 Cr 량이증가함에따라점점좁아지게된다. 따라서 Austenite 화하기위해서는보다높은온도로가열해야만한다는것을알수있다. 이와같은경향은탄소와의친화력이강한원소즉탄화물형성원소에서공통적으로볼수있는현상으로서, 예를들면 0.8%C-18%W-4%Cr-1%V 을함유한고속도공구강에서는 900 정도로가열시 Austenite 중에고용되는탄소량은불과 0.25% 정도이므로이것을급냉하여 Martensite 조직으로변태시켜도그다지경화되지못하지만, 1270 1300 로가열하면 0.55% 정도의탄소가 6/10
Austenite 중으로고용됨으로이것을급냉하면 HRC 65 67 정도의경도를얻을수있다. 그림 6. 공석온도와공석탄소량에미치는첨가합금원소의영향 여러가지합금원소첨가에의한 A1 변태점과공석탄소량의변화를그림 6 에나타냈는데, Ti, Mo, Si 및 W 등은모두 A1 변태점을상승시키고, 반대로 Ni 과 Mn 은저하시킨다. 그림에나타내지는않았지만질소도 A1 변태점을저하시키므로침탄질화에의해서질소가강중에들어가있는경우는급냉온도를다소낮출수있다. 그림 는공석탄소량의변화를나타낸것으로서여기에나타낸모든원소가공석탄소량을낮춘다. 즉 Fe-Fe3C 계에서아공석의탄소량에서도이들합금원소가들어가면공석이나과공석이되므로전술한바와같이탄화물을완전히고용시키는데에보다높은온도가필요하게된다. (2) Pearlite 변태속도의변화평형상태도상에서 A1 및 A3 선이합금원소첨가에의해서변화되는양상은전술한바와같으나실제로 Austenite 상태로부터어느냉각속도로냉각시킬때에 Ar3 변태나 Ar1 변태가어떻게나타나는가하는것은냉각속도와합금원소에의해서현저하게달라진다. Pearlite 변태속도는핵생성속도 (N) 과핵성장속도 (G) 에의해서결정되지만합금원소중에서 Co 와 Al 만은이 N 과 G 를증가시켜서 Pearlite 변태를촉진시키는반면에그이외의원소들은 Pearlite 변태를지연시키는효과를갖고있다. 특히 Mo, Ni 및 Mn 등은그작용이현저한데, 예를들면 Mn 은 0.2% 에서 0.8% 로함유량이증가하면 G 를 1/5 로감소시키고, 또 Mo 은불과 0.5% 첨가로서 G 를 1/100 로, N 을 1/1000 로감소시킨다고알려져있다. 그림 3.7 은 Pearlite 변태속도에미치는 Ni 의첨가영향을나타낸것으로서, Austenite 안정화원소 (austenite stabilizer) 인 Ni 은 Pearlite 변태를지연시키기때문에 Pearlite 변태개시선이오른쪽으로이동되어있는것을볼수있다. 따라서 Pearlite 변태가완료되는걸리는시간이훨씬길어지게된다. 또한 Ni 첨가에의해서 A1 변태온도도낮아짐을알수있다. 7/10
그림 7. Austenite 안정제 Ni 에의한변태곡선의이동. 이와같이 Pearlite 변태를지연시키는합금원소를첨가하면두께가큰강재를급냉하는경우에중심부의냉각속도가다소늦더라도 Pearlite 변태가일어나기어려우므로완전한 Martensite 조직으로경화된다는사실을알수있다. Marten site 변태에미치는영향 (1) MS 점과합금원소이미서술한바와같이 Martensite 변태는 Austenite 상태로부터급랭할때 Ms 온도에서변태가시작되고일반적으로그이하로온도강하량에따라변태량이증가하다가 Mf 온도에도달하면변태가종료된다. Ms 와 Mf 사이의온도구간은보통 200 300 이다. 그러나 Austenite 중의탄소나 Ni 함유량이증가하면 MS 점은강하하므로이들원소량이어느만큼이상이되면상온에서 100% Martensite 조직을얻을수가없다. 마르텐사이트조직으로변태시키는것을목적으로하는보통의급냉에서는우선강종에따라서 Ms 점이어떻게다른가, 또 Ms 점이하로온도가내려감에따라서어떻게 Martensite 가증가하는가를알필요가있다. 강의화학성분중에서 Ms 점에가장큰영향을주는것은탄소량이다. 이미전술한바와같이보통의탄소강의경우탄소량 0.1% 증가에따라약 35 정도 Ms 점이강하한다. 또한 Mf 점은탄소량에따라 Ms 점이상으로현저하게강하되어 0.6% 이상의탄소를함유하는강에서는상온에서 Austenite 의일부가잔류하게된다. 탄소이외의합금원소로서는 Co 와 Al 만이 Ms 점을상승시키고그밖의실용원소는거의모두 Ms 점을강하시키는작용을하고있다. 그림 3.8 과 3.9 는여러가지탄소량의강에 Cr 과 Mn 을첨가한경우 Ms 점의변화를나타낸것으로서, Cr 은 1% 첨가당 20 정도, Mn 은탄소량에따라다소차이가나지만 1% 첨가당약 40 정도 M s 점을강하시킨다. 그림 8. 강의 Ms 점에대한 Cr 의영향 8/10
그림 9. 강의 Ms 점에대한 Mn 의영향 이와같이여러가지합금원소가강의 Ms 점에미치는영향을조사한연구결과를기초로하여강의 Ms 점을화학조성으로부터계산할수있게한실험식이몇가지제안되고있다. 그예는다음과같다. Ms( ) = 550-350 C%-40 Mn%-35 V%-20 Cr%-17 Ni%-10 Cu%-10 Mo%-10 W%-10 Si%+15 Co% 위의식에서알수있듯이탄소다음으로 Mn, Cr, Ni 순으로 Ms 점의강하효과가약해지고, Si, W, Mo 등은거의같은정도의효과를나타냄을알수있으며, Co 는반대로 Ms 점을상승시킨다. 식중에포함되어있지는않지만 Al 도역시 Ms 점을상승시키지만그효과는 Co 보다는약하다. 또 Cu 는 Ms 점을약간저하시킨다고알려져있다. 그러나위의계산식은함유원소가전부 Austenite 중에고용된상태에서급냉한경우에만적용되는것이며, 탄화물등의고용이완전치못해서일부분잔류할경우에는 Austenite 중의고용원소량이적어지므로실제 MS 점은위의식에서계산된 Ms 점보다높아진다는데에주의하여야한다. 그림 10. 4 종류의 1.1%C 를함유한강에서 Ms 점에미치는 Austenite 화온도의영향 그림 10 은 1.1%C 가함유된 A 강과 1.1%C 에 1.5%Cr 을함유하는 B 강, 2.8%Cr 을함유하는 C 강및 5.4%Ni 을함유하는 D 강의 4 강종에대하여 Austenite 화온도에따른 Ms 점의변화를나타낸것으로서, 탄소강과 Ni 강에서는 850 이상에서이미 Fe 3 C 가완전히고용되어있으므로 Ms 점의변화는적지만 Cr 강에서는급냉온도의상승과함께 Cementite 나 Cr 탄화물들이 Austenite 속에고용되므로 Ms 점은현저히저하된다. 이것으로부터알수있듯이공구강과같이탄화물이잔류된상태에서급냉할때에는강전체의화학성분을알고있더라도 Ms 점을계 9/10
산할수는없다. 이경우에 Ms 점을계산하기위해서는 Austenite 자체의화학조성을알필요가있다. (2) 응력에의한잔류 Austenite 의 Martensite 화 Austenite 는외부로부터의탄성적혹은소성적인힘을가함으로써 Martensite 변태를일으킬수가있다. 18-8 스텐레스강의박판 ( 薄板 ) 이나세선 ( 細線 ) 을상온에서압연하거나인발하면강한자성을나타내므로 Martensite 로변태되었다는것을알수있다. 통상적인퀜칭강에서도 Austenite 가잔류되어있는경우여러가지이유로인하여 Martensite 로변태된다. 해머로쳐도 Martensite 로변태할때가있고, 또급냉한충격시험편을 Charpy 충격시험기로파단시키면그파단면으로부터먼부위에서는잔류 Austenite 가존재하지만파단면부근에서는전부 Martensite 로변태되어있는경우도같은현상으로설명할수있다. 특히급냉된부품을그라인더로연삭하는경우에종종발생되는연삭균열은부품의일부가연삭될때발생되는열에의해서그부품내부의잔류응력분포가변하고, 잔류 Austenite 가국부적으로 Martensite 로변태했기때문인것으로생각된다. 이와같이잔류 Austenite 는매우불안정한상이므로상온에서장시간방치함에의해서도응력분포가점차로변화됨에따라서 Martensite 로변태하여치수변화를일으키거나균열의원인이되기도하므로주의해야한다. 10/10