과공석강의 미세조직 변화 상온에서는 과공석강의 미세조직은 퍼얼라이트 조직이 초석 세멘타이트에 의해 둘러 쌓인 형태를 나타내고 있으며, 이 때 초석 세멘타이트는 아공석강에서의 초석 페라이트와 마찬가지로 오스테나이트 조직의 결정립계를 따라 핵생성 되었으므로 오스테나이트 결정립 모양을 유지하고 있다. 그림 3.7의 미세조직 사진은 1.2% C 과공석 탄소강으로서 하얀 부분은 초석 세멘타이트를 나타내며, 검은 부분은 퍼얼라이트 조직을 보여주고 있다. 그림 3.7 서냉한 과공석강의 미세조직

과공석강의 미세조직 변화 그림 3.7 서냉한 과공석강의 미세조직 그림 3.8 서냉한 과공석강의 상변태

탄소강의 상분율 공석강 공석강의 경우에는 모든 균질한 오스테나이트가 공석온도에서 페라이트와 세멘타이트의 혼합상인 퍼얼라이트로 변태하므로 100% 오스테나이트가 100% 퍼얼라이트로 변태하는 것을 알 수 있으며, 이 때 퍼얼라이트를 구성하는 페라이트와 세멘타이트의 분율을 계산하여 보도록 한다. 앞에서 탄소강의 탄소함량은 모두 무게분율을 나타내었으므로 (0.8% C함량의 공석조성은 무게분율로 0.8% 탄소를 의미한다.) 퍼얼라이트 내의 페라이트와 세멘타이트 분율도 무게분율로 먼저 계산한다. 0.8% C함량의 공석강을 서냉하여 723oC의 공석온도에서 지렛대 법칙(lever rule)을 적용하면   페라이트의 세멘타이트의 이므로, 723oC에서 퍼얼라이트는 약 88.3%의 페라이트와 11.7%의 세멘타이트로 구성된 퍼얼라이트 조직을 나타낸다. 이후 상온으로 냉각된 경우에도 페라이트에 고용되는 탄소의 고용도 변화가 미미하므로 앞에서 계산된 분율이 거의 그대로 유지되며, 페라이트와 세멘타이트의 밀도도 거의 유사하므로 계산된 무게분율은 대략적으로 부피분율로 생각할 수 있다. 그러므로 퍼얼라이트 조직에서 페라이트 층의 면적과 세멘타이트 층의 면적비율이 대략 15:2 정도의 비율이 될 것임을 알 수 있다. 

탄소강의 상분율 아공석강 오스테나이트 조직이 A3온도이하로 냉각되면서 초석페라이트와 잔류오스테나이트로 분리되는데 A1온도에 이를 때까지 지속적으로 초석페라이트의 분율이 증가한다. 탄소함량이 0.4% C인 아공석강에 대해 A1온도에서 초석페라이트와 잔류오스테나이트의 분율을 지렛대 법칙에 따라 계산하면 초석페라이트의 오스테나이트의 이 되며, 여기서의 잔류 오스테나이트는 그대로 퍼얼라이트로 변태하므로 퍼얼라이트의 분율은 48.72%가 된다. 잔류 오스테나이트는 공석반응에 의해 분해되므로 공석조성의 오스테나이트는 공석 페라이트의 세멘타이트의 43%의 공석페라이트와 5.7%의 세멘타이트로 분해된다. 그러므로 상온에서의 페라이트 상의 총 분율은 94.29%=51.28%(초석페라이트)+43.01%(공석페라이트)이고, 세멘타이트는 5.71%이다.

탄소강의 상분율 아공석강 초석페라이트와 공석페라이트를 구분하지 않는 경우에는 상태도의 지렛대 법칙에 따라 다음과 같이 계산할 수 있다. 페라이트의 세멘타이트의

탄소강의 상분율 과공석강 오스테나이트 조직이 Acm온도 이하로 냉각되면서 초석 세멘타이트와 잔류오스테나이트로 분리되는데 A1온도에 이를 때까지 지속적으로 초석 세멘타이트의 분율이 증가한다. 탄소함량이 1.0% C인 과공석강에 대해 A1온도에서 초석페라이트와 잔류오스테나이트의 분율을 지렛대 법칙에 따라 계산하면 초석세멘타이트의 오스테나이트의 이 되며, 여기서의 잔류 오스테나이트는 그대로 퍼얼라이트로 변태하므로 퍼얼라이트의 분율은 96.59%가 된다. 잔류 오스테나이트는 공석반응에 의해 분해되므로 공석조성의 오스테나이트는 페라이트의 공석 세멘타이트의 85.26%의 페라이트와 11.33%의 공석 세멘타이트로 분해된다. 그러므로 상온에서의 세멘타이트의 총 분율은 14.74%=3.41%(초석세멘타이트)+11.33%(공석세멘타이트)이고, 페라이트는 85.26%이다.

탄소강의 상분율 과공석강 초석세멘타이트와 공석세멘타이트를 구분하지 않는 경우에는 상태도의 지렛대 법칙에 따라 다음과 같이 계산할 수 있다. 페라이트의 세멘타이트의

<예제 3. 1> 0. 6% C 의 아공석강이 900oC에서 균질화 열처리후 723oC 직상으로 서냉되었다   오스테나이트의 초석 페라이트의

<예제 3. 2> 0. 6% C 의 아공석강이 900oC에서 균질화 열처리후 723oC 직하로 서냉되었다 초석 페라이트의 전체 페라이트의 전체 세멘타이트의 전체 페라이트 91.28%에서 초석 페라이트의 분율이 25.64%이므로 공석 페라이트는 65.64=91.28%-25.64%이고 전체 세멘타이트는 공석반응으로 형성되므로 공석 세멘타이트는 그대로 8.72%이다.

<예제 3. 3> 아공석강이 950oC에서 균질화 열처리후 상온으로 서냉되었다 <예제 3.3> 아공석강이 950oC에서 균질화 열처리후 상온으로 서냉되었다. 15wt%의 초석페라이트가 형성되었다면 이 아공석강의 탄소함량은 얼마인가 ? 탄소함량을 x라 하면 초석 페라이트의 분율은 초석 페라이트의 이므로 이를 x에 대하여 풀면 이 된다. 따라서 탄소함량은 0.683 wt%이다. 이와 같은 계산방법을 사용하면 페라이트와 세멘타이트의 밀도가 비슷하므로, 탄소강의 미세조직 사진으로부터 초석 페라이트 또는 초석 세멘타이트의 분율과 퍼얼라이트의 분율을 면적분율로 측정하여 이것을 탄소강 내에서의 부피분율 또는 무게분율로 가정하고 탄소강의 탄소함량을 추정할 수 있다.

<예제 3. 4> 아공석강이 950oC에서 균질화 열처리후 상온으로 서냉되었다 <예제 3.4> 아공석강이 950oC에서 균질화 열처리후 상온으로 서냉되었다. 10wt%의 공석페라이트가 형성되었다면 이 아공석강의 탄소함량은 얼마인가 ? 탄소함량을 x라 하면 공석 페라이트의 분율은 전체 페라이트의 분율에서 초석 페라이트의 분율을 뺀 것이므로 전체 페라이트의 초석페라이트의 공석 페라이트의 이 된다. 따라서 탄소의 함량은 0.109wt%이다.

공석조성 탄소강의 등온변태 앞 절에서 아공석강, 공석강, 과공석강의 평형상태에서 미세조직의 변화와 존재하는 상의 분율을 공부하였다. 이러한 평형온도에서의 상변화는 핵생성과 성장의 과정을 거치며 일정한 변태시간이 필요하다. 또한 이러한 상변화의 과정은 과냉의 정도(상변태가 이루어지는 온도)에 따라 달라지는데, 과냉이 매우 심하면 평형조건의 상변태와 다른 조직이 형성된다. 이와 같이 상변태 과정은 시간의 경과에 따라 변태온도의 변화에 따라 달라지게 되는데, 이를 조사하여 도표로 나타낸 것을 TTT 도표(Time Temerature Transformation diagram)라 하며, 특히 일정한 온도에서 변화를 나타내었으므로 IT 도표(Iosthermal Transformation diagam)라 한다. 공석강에서의 IT도표를 그리는 방법을 설명하면 다음과 같다. 그림 3.9에서와 같이 다수의 동일한 공석강 시편을 오스테나이트화 열처리하여 미세조직을 오스테나이트로 유지한 후 A1온도 이하의 일정한 온도로 유지되는 염욕(salt bath)속으로 급냉하여 그 온도에서 유지시킨다. 이 시편들을 일정한 시간 간격마다 염욕에서 하나씩 꺼내어 상온의 물속으로 급냉시킴으로써 상변태를 중지시키면, 일정한 온도에서 시간에 따라 일어나는 상변태의 분율을 측정할 수 있다. A3온도 이상에서 일정온도의 염욕 일정시간간격마다 열처리 시편 이동 수냉조에서 시편 급냉

공석조성 탄소강의 등온변태 A1 이하의 일정온도에서 일정한 시간동안 상변태를 진행시킨 후 상온의 물속에 급냉함으로써 상변태를 중지시켰으므로, 각 시편의 미세조직을 관찰하면 그림 3.10과 같이 시간에 따라 상변태가 진행되는 과정을 확인할 수 있다. 그림 3.11에서는 A1온도 이하인 705oC에서 시간의 경과에 따라 퍼얼라이트 조직이 형성되는 것을 나타내었다. 시간이 경과함에 따라 퍼얼라이트 조직이 핵생성되어 66.7분 경과 후 모든 조직이 퍼얼라이트로 변태되는 것을 알 수 있다. 그림 3.10 오스테나이트화 열처리 후 A1온도 이하에서 일정시간 동안 유지하여 상온으로 수냉한 경우, 공석강의 등온변태가 일어나는 동안의 미세조직의 변화

공석조성 탄소강의 등온변태 이 실험을 다양한 온도에서 반복하여 미세조직의 변태시작시간과 변태완료시간을 시간과 온도에 대해 표시하면 그림과 같은 TTT 도표 또는 IT 도표를 완성할 수 있다.

공석조성 탄소강의 등온변태 공석조성의 일반탄소강의 TTT 도표에서 약 550oC에서 723oC의 구간에서는 오스테나이트가 모두 퍼얼라이트로 변태되지만, 상온까지 급냉하여 상온에서 상변태가 일어나는 경우에는 마르텐사이트(Martensite)라고 불리우는 새로운 준안정상이 형성된다. 마르텐사이트는 오스테나이트가 페라이트 영역의 탄소를 세멘타이트 영역으로 이동시켜 페라이트와 세멘타이트로 분해되는 과정을 거치지 못하고, 페라이트 상에 탄소가 과공용되어 있는 상태라 할 수 있다. 오스테나이트 상태의 공석강이 250oC에서 550oC 사이의 온도로 급냉되어 상변태가 일어나는 경우에는 퍼얼라이트와 마르텐사이트 조직의 중간형태인 베이나이트(Bainite) 조직이 형성된다. 등온 변태곡선중 550oC 부근의 곡선이 왼쪽으로 볼록하게 나와 있는데 이것은 이 온도에서 변태가 가장 먼저 시작된다는 것을 의미하여 이 부분을 곡선의 코(nose)라고 부른다. 일반적으로 코 온도 위에서 항온변태를 시키면 퍼얼라이트가 형성되고 아래에서 항온 변태를 시키면 베이나이트가 형성된다. 다음 절에서는 오스테나이트에서 퍼얼라이트, 마르텐사이트, 베이나이트로 변태되는 상변태과정의 변태기구와 특징들을 설명하였다.

오스테나이트-퍼얼라이트 변태 오스테나이트에서 퍼얼라이트로의 상변태는 핵생성과 성장의 과정을 거친다. 그림과 같이 공석강이 550oC~723oC 사이의 온도에서 등온변태 시키면 퍼얼라이트는 페라이트와 세멘타이트가 판상으로 번갈아 가며 존재하는 층상구조(lamellar structure)를 이룬다.

오스테나이트-퍼얼라이트 변태 이러한 퍼얼라이트 층상구조의 핵생성과 성장은 페라이트 또는 세멘타이트가 오스테나이트의 결정립계에서 불균질 핵생성되어 판상으로 성장하면 그 주변에는 탄소농도가 증가 또는 감소함으로써, 다시 세멘타이트나 페라이트가 형성된다. 즉, 페라이트가 형성되는 경우에는 그 주변에는 탄소농도가 증가하므로 세멘타이트가 형성되기 유리하므로 페라이트가 성장한 주변에서는 세멘타이트가 핵생성 되어 성장하고 세멘타이트가 형성되는 경우에는 세멘타이트 주변에서 탄소농도가 감소하므로 페라이트가 핵생성 되어 성장하게 된다. 성장 과정 중에 새로운 핵이 생성되면 기존의 퍼얼라이트와 다른 방향으로 퍼얼라이트가 생성되어 성장하게 된다. 퍼얼라이트 조직의 층상구조의 형성기구를 그림에 설명하였다. 시간에 따른 퍼얼라이트 변태 분율 곡선은 긴 S자 형태의 곡선을 나타낸다. 오스테나이트 결정립계에서 세멘타이트 성장후 페라이트 성장후 퍼얼라이트 층상구조 형성 새로운 방위의 퍼얼라이트 성장 초기 세멘타이트 핵생성 페라이트의 핵생성 세멘타이트 핵생성 새로운 세멘타이트 상이 다른 방향으로 핵생성

낮은 변태온도 → 큰 과냉 → 핵생성속도 N 증가, 결정립성장속도 G 감소 오스테나이트-퍼얼라이트 변태 (1) 퍼얼라이트 결정립의 크기 변태온도가 변태속도에 미치는 영향을 살펴보면 변태는 핵생성과 결정립 성장의 과정이므로 변태온도는 핵생성속도 N과 결정립 성장속도 G에 영향을 주게 된다. 핵생성속도 N은 단위시간, 단위부피에서 형성되는 핵의 숫자를 의미하고, 오스테나이트-퍼얼라이트 변태온도가 A1온도보다 낮을수록 상변태 과정에서의 과냉(supercooling)이 심해지므로 핵생성이 되기 위한 구동력이 크고 따라서 핵생성이 되기 위한 임계핵의 크기가 작아지므로, 생성가능한 핵의 숫자가 늘어나게 되고 결국 핵생성 속도 N이 빨라지게 된다. 반면에 결정립 성장속도 G는 금속원자의 확산과정에 의해 생성된 핵이 성장하는 확산제어 과정이고 온도가 높을수록 원자의 확산에 의한 이동이 수월하므로 온도가 낮을수록 결정립 성장속도 G는 느려지게 된다. 낮은 변태온도 → 큰 과냉 → 핵생성속도 N 증가, 결정립성장속도 G 감소

오스테나이트-퍼얼라이트 변태 (1) 퍼얼라이트 결정립의 크기 변태속도는 핵생성속도 N과 결정립 성장속도 G의 곱으로 표현되므로 변태온도에 따라 퍼얼라이트 변태속도는 달라진다. 변태온도가 높으면, 즉, 과냉이 작으면 핵생성속도가 느리고 결정립 성장속도는 빠르므로 적은 수의 핵이 생성되어 빠르게 성장하므로 조대한 퍼얼라이트 결정립이 형성될 것임. 이와 반대로 변태온도가 낮으면, 핵생성속도는 빠르지만 결정립 성장속도가 늦으므로, 다수의 핵이 생성되지만, 생성된 핵의 성장속도가 느리므로 많은 수의 결정립이 성장하게 되어 미세한 결정립으로 구성된 미세구조가 형성될 것임을 알 수 있다. 퍼얼라이트 조직의 페라이트와 세멘타이트는 오스테나이트 조직에서 핵생성과 성장의 과정을 통하여 형성되고, 핵생성은 균질 핵생성(homogenous nucleaton)보다 입계와 같은 계면에서의 불균질 핵생성(heterogeneous nucleation)이 유리하므로 퍼얼라이트 조직의 핵은 오스테나이트 조직의 결정립계에서 핵생성 된다. 그러므로 오스테나이트의 결정립 크기는 퍼얼라이트의 결정립 크기와 관계를 갖게 되며, 오스테나이트의 결정립 크기가 작을수록 퍼얼라이트 결정립의 크기도 작아지게 된다. 그러나, 퍼얼라이트 조직의 층상간격은 오스테나이트 상의 결정립 크기와는 무관하며, 오직 변태온도에 따른 과냉이 클수록 작아지게 된다.

오스테나이트-퍼얼라이트 변태 (2) 퍼얼라이트 층상구조의 층간간격과 강도 퍼얼라이트 조직에서 페라이트와 세멘타이트의 판상이 번갈아 가며 형성되는 층상구조(lamellar structure)에서 층간간격(interlamellar spacing)은 퍼얼라이트 변태온도가 낮을수록, 세멘타이트 또는 페라이트의 핵생성속도가 빠르고 결정립 성장속도가 느리므로 층간간격이 좁은 미세구조가 형성된다. 퍼얼라이트 층간간격이 작은 경우는 페라이트-세멘타이트 계면이 증가하므로 계면에너지, 즉 내부에너지가 증가하게 된다. 퍼얼라이트의 강도는 마르텐사이트 또는 베이나이트보다는 연하며, 퍼얼라이트 조직의 층상간격이 작을수록 증가한다. 층상간격이 좁아지면, 계면에너지가 증가하고 전위가 계면을 통과하여 이동하기가 어려워지므로 강도가 증가하게 되며, 퍼얼라이트의 강도는 층상간격에 반비례 하는 것으로 알려져 있다. 그러므로 퍼얼라이트 변태온도가 낮을수록 퍼얼라이트 조직의 층상간격이 작아지고 강도는 증가한다.

오스테나이트-마르텐사이트 변태 탄소강의 등온변태곡선(TTT 도표, IT 도표)에서 상변태 곡선의 볼록한 부분을 변태곡선의 코(nose)라고 부르는데, 오스테나이트 상태의 공석강이 충분히 빠른 냉각속도로 급냉되어 그림과 같이 등온변태곡선(IT 도표)에서 퍼얼라이트 변태시작곡선의 코(nose)를 통과하지 않고 냉각되면 220oC이하에서 마르텐사이트가 형성된다. 마르텐사이트는 퍼얼라이트가 오스테나이트로부터 핵생성 및 결정립 성장과정을 거쳐서 형성되는 것과 달리 페라이트에 탄소가 과고용된 상태의 준안정구조로서 강을 강화시키는 주요 수단으로 활용된다.

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (1) 마르텐사이트 변태의 주요 특징 ● 마르텐사이트 조직은 탄소함량에 따라 3가지 구조를 갖는다.(그림 3.17) 가지상(lath) 마르텐사이트(낮은 탄소함량 ~0.2% C) 혼합형 마르텐사이트(중간 탄소함량~0.6% C~) 판상(plate) 마르텐사이트(높은 탄소함량 ~1.2% C) ● 무확산변태(diffusionless transformation)이다. 변태가 매우 빠르게 짧은 시간에 완료되므로 원자들이 이동할 시간이 없다. 그러므로 변태에 필요한 열적 활성화 에너지가 필요하지 않다. ● 조성의 변화가 없다. 오스테나이트상의 조성 및 원자 분포가 그대로 남게 된다. ● 탄소강의 마르텐사이트 변태에서 결정구조는 탄소함량이 증가할수록 체심입방정(BCC) 구조에서 체심정방정(BCT) 구조로 변한다. 면심입방정(FCC) 구조인 오스테나이트 상과 체심입방정(BCC) 구조인 페라이트 상 사이에 탄소의 고용도 차이가 크기 때문에 탄소원자를 체심입방정(BCC) 구조에서 수용하기 위해서는 체심입방정에서 체심정방정(BCT) 구조로 한쪽 방향이 늘어나야만 하기 때문이다.(그림 3.16)

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (1) 마르텐사이트 변태의 주요 특징 면심입방정(FCC) 체심입방정(BCC) 체심정방정(BCT) ● 마르텐사이트 변태는 Ms라고 하는 특정변태온도에서 시작되어, Mf라고 하는 변태종료온도까지 변태한다. 이때 오스테나이트 조직이 완전히 마르텐사이트로 변태하는 것은 아니고 오스테나이트 조직이 일부 남아 잔류오스테나이트(retained austenite) 조직을 형성한다. 잔류오스테나이트 조직은 탄소함량이 많을수록 증가한다. ● 탄소농도가 높은 탄소강에서 마르텐사이트 판은 전단변형과 같은 변태과정에서 형성되므로 평평한 재료의 표면에 굴곡을 만든다.

오스테나이트-마르텐사이트 변태

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (1) 마르텐사이트 변태의 주요 특징 (a) 가지상(lath) (b) 혼합상(mixed) (c) 판상 (plate) 그림 3.17 탄소함량에 따른 탄소강의 마르텐사이트 조직사진

오스테나이트-마르텐사이트 변태 마르텐사이트 변태의 주요 특징

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (2) 탄소강에서 마르텐사이트의 형성기구 현재까지 마르텐사이트 형성기구는 완전히 이해된 것은 아니며 계속 연구가 진행중이다. 그러나 확실한 것은 마르텐사이트 변태는 마르텐사이트 변태시작 임계온도 (Ms)이하에서만 형성된다. 매우 빠른 급냉을 하여도 임계온도까지 냉각하지 않으면 마르텐사이트 변태는 일어나지 않는다. 무확산 변태이다. 즉, 원자의 이동이 없다. 원자의 협동적인 재배열이므로 모든 원자는 한원자 거리 이내에서만 이동한다. 탄소함량이 많을수록 마르텐사이트 결정격자는 더 심한 정방정이 된다. 즉, BCT 구조에서 c/a축비가 증가한다.

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (2) 탄소강에서 마르텐사이트의 형성기구 아래 그림에 탄소함량에 따른 마르텐사이트 변태 시작온도를 나타내었다. 탄소함량이 많을수록 변형기구가 슬립(slip)에서 쌍정(twin)으로 변한다. 변형기구의 변화는 명확히 규명되지 않았으나, 고탄소강일수록 마르텐사이트 변태시작 임계온도(Ms)가 낮아지고, 쌍정의 형성이 많아진다. 마르텐사이트에서 변형기구로서의 슬립: 가지상 형태(lath type)의 마르텐사이트에서 관찰되는 높은 전위밀도는 마르텐사이트 변태시 빠른 변태과정에서 형성되는 국부적인 변형에너지를 해소하기 위해 형성되며, 이를 적응전위(accommodation dislocation)이라고 부른다. (a) 가지상(lath) (b) 혼합상(mixed) (c) 판상 (plate) 그림 3.17 탄소함량에 따른 탄소강의 마르텐사이트 조직사진 그림 3.18 탄소함량에 따른 마르텐사이트 변태 시작 온도의 변화

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (2) 탄소강에서 마르텐사이트의 형성기구 마르텐사이트에서 변형기구로서의 쌍정: 판상 형태(plate type)의 마르텐사이트에 많이 나타나며, 고탄소강에서 마르텐사이트 변태는 탄소량이 증가할수록 어려워지므로 잔류 오스테나이트 양도 증가하고 마르텐사이트 변태시작 임계온도(Ms)도 낮아진다. 그러므로 온도가 낮아지므로 슬립기구의 작동이 어려워지며 이에 대한 대체 변형기구로서 쌍정이 작용한다. 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태는 확산과정이 없고 모든 원자들이 제자리를 유지하면서 면심입방정 구조인 오스테나이트가 체심입방정 또는 체심정방정 구조의 마르텐사이트로 변화하므로 오스테나이트의 체심입방정 구조의 특정 결정 면과 방향이 마르텐사이트의 체심정방정 구조의 특정 결정면과 방향으로 변환된다. 오스테나이트(γ)와 마르텐사이트(α) 사이에는 아래와 같은 방위관계가 이루어진다.

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (3) 탄소강의 마르텐사이트 변태속도론 마르텐사이트 변태분율 마르텐사이트 변태는 무확산 변태이므로, 등온과정이 아니라 냉각과정에서 형성된다. 그러므로, 마르텐사이트 변태분율은 최종 냉각온도에 따라 결정된다. 비열적 변태(athermal transformation)임을 의미하며, 냉각속도와 무관하고 조성과 열적, 기계적 이력에 관련된다. 변태는 거의 음속의 속도로 변태가 이루어진다. 마르텐사이트 안정화 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태동안에 냉각과정이 1초라도 중단되면 변태는 종료된다. 이 경우 마르텐사이트는 안정화되었다고 하며 추가의 냉각공정을 거치더라도 더 이상 마르텐사이트 변태가 진행되지 않는다. 안정화된 상태에서 다시 오스테나이트-마르텐사이트 변태가 시작되려면 임계크기의 과냉이 필요하다.

오스테나이트-마르텐사이트 변태 (3) 탄소강의 마르텐사이트 변태속도론 탄소강에서 마르텐사이트의 강도와 경도 마르텐사이트의 강도 및 경도는 탄소강의 탄소함량에 따라 변화한다. 마르텐사이트의 강도는 탄소함량이 증가함에 따라 강화되는 데, 저탄소강 마르텐사이트에는 탄소의 4가지 강화효과가 작용하기 때문이다. 강내의 탄소함량이 증가함에 따라 마르텐사이트 셀(cell)의 크기가 작아지고, 마르텐사이트 셀의 벽에 탄소가 편석된다. 고용강화(solid solution hardening)가 일어나고 탄화물의 석출, 분산에 따른 분산강화(dispersion hardening)가 이루어진다. 고탄소강 마르텐사이트에는 고용강화가 주 강화기구이고, 쌍정면의 형성도 강화기구로 작용한다.