오스테나이트-베이나이트 변태 공석강을 그림과 같이 오스테나이트 온도에서 250oC~550oC 온도로 냉각하면 베이나이트라 하는 마르텐사이트와 퍼얼라이트의 중간상태의 미세조직이 형성된다. 퍼얼라이트와 달리 층상구조가 아니지만(nonlamellar structure) 공석반응에.

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1 오스테나이트-베이나이트 변태 공석강을 그림과 같이 오스테나이트 온도에서 250oC~550oC 온도로 냉각하면 베이나이트라 하는 마르텐사이트와 퍼얼라이트의 중간상태의 미세조직이 형성된다. 퍼얼라이트와 달리 층상구조가 아니지만(nonlamellar structure) 공석반응에 의해 형성되는 미세구조라는 점이 마르텐사이트와도 다르다. 퍼얼라이트와 유사한 페라이트와 세멘타이트의 2상의 혼합구조이며, 오스테나이트-베이나이트 변태는 이중적인 특성을 갖는데, 경우에 따라서 오스테나이트-퍼얼라이트 변태 특성과 오스테나이트-마르텐사이트 변태의 특성을 나타낸다. 베이나이트 형성온도에 따라 250oC~350oC에서 형성된 조직을 하부 베이나이트(lower Bainite)라고 부르고 350oC~550oC에서 형성된 것을 상부 베이나이트(upper Binite)라고 한다. 표면기복(표면이완)현상이 마르텐사이트와 마찬가지로 베이나이트에서도 나타난다.

2 오스테나이트-베이나이트 변태 상부 베이나이트
공석강을 오스테나이트 영역에서 퍼얼라이트 변태 코(nose)를 통과하지 않고 냉각하여 350oC~550oC사이의 온도로 등온 열처리하면 페라이트와 세멘타이트 2개의 상으로 구성된 상부 베이나이트가 형성된다. 세멘타이트는 층상구조(lamellar structure)인 퍼얼라이트와 달리 봉상(rod)형태를 보인다. 세멘타이트와 페라이트는 개별적으로 오스테나이트에서 핵생성되어 탄소 확산에 의해 성장한다. 베이나이트의 세멘타이트와 페라이트는 퍼얼라이트에서의 세멘타이트와 페라이트가 오스테나이트와 방위 관계를 갖지 않는 것과 다르게 각각 오스테나이트와 방위관계를 갖는다. (2) 하부 베이나이트 공석강을 오스테나이트 영역에서 퍼얼라이트 변태 코(nose)를 거치지 않고 냉각하여 250oC~350oC사이의 온도로 등온 열처리하면 형성된다. 변태온도가 낮으므로 확산이 느리게 되고 따라서 과포화된 페라이트 판이 먼저 형성되고 페라이트 내부에서 세멘타이트가 석출된다. 베이나이트에서는 마르텐사이트와 달리 쌍정이 형성되지 않는다.

3 오스테나이트-베이나이트 변태 상부 베이나이트 하부 베이나이트
상부 베이나이트 하부 베이나이트 그림 3.20 공석강의 445oC와 315oC에서 등온변태과정으로 얻어진 상부 베이나이트와 하부베이나이트의 미세조직 사진 (10,000배)

4 오스테나이트-베이나이트 변태

5 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.

6 공석조성이 아닌 탄소강의 등온변태 아공석강의 등온변태
그림에 아공석강의 등온변태곡선을 나타내었다. 변태곡선들이 왼쪽으로 이동하여 변태가 공석강보다 더 빠른 시간에 이루어지는 것을 알 수 있다. 아공석강의 경우에는 공석강에서의 공석반응이 일어나기 전에 오스테나이트 상에서 페라이트가 석출되는 반응이 먼저 일어나므로 초석 페라이트의 석출반응에 대한 변태곡선이 추가된다. 아공석강에서는 초석 페라이트 변태곡선이 퍼얼라이트 변태곡선의 왼쪽에 놓이게 되며, 723oC~A3온도 범위에서 페라이트만 형성된다. 급냉 후 등온 변태시킬 때 급냉 온도가 낮을수록 초석 페라이트의 분율은 평형 초석 페라이트 분율 보다 작아진다. 아공석강의 상변태에서는 초석 페라이트 변태시작 곡선을 거치지 않고 냉각시킬 수 없으므로 완전한 마르텐사이트 조직을 얻을 수 없으며, 항상 초석 페라이트가 존재하게 된다.

7 공석조성이 아닌 탄소강의 등온변태 (2) 과공석강의 등온변태
그림에 나타낸 과공석강의 등온변태곡선을 나타내었다. 과공석강의 등온변태곡선은 아공석강과 유사한 경향을 나타내고 있으며 단지 초석 석출상이 페라이트가 아니라 초석 세멘타이트가 석출되므로 초석 페라이트 형성곡선이 추가되는 것이 달라진다.

8 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.

9 (CCT, Continuous Colling Transformation)
탄소강에서의 연속냉각변태 (CCT, Continuous Colling Transformation) 공석강에서의 연속냉각변태 산업적으로 탄소강의 열처리는 마르텐사이트 변태시작온도인 Ms온도 이상에서 등온 변태시키는 경우는 거의 없고 연속냉각 변태를 한다. 연속냉각변태과정은 냉각속도에 따라서 다양한 상변태 과정을 거치므로 결과적으로 연속냉각 변태 후에 미세조직은 다양한 상으로 구성된 복합 미세조직이 된다. 산업적인 탄소강의 열처리에는 그림과 같은 연속냉각변태 곡선(CCT 곡선)을 측정하여 사용하며, CCT 곡선은 등온변태곡선(IT 곡선)보다 늦게 변태가 이루어진다. 그러므로 연속냉각 변태과정에서는 등온 변태과정보다 낮은 온도와 긴 시간에서 변태가 시작되어 진행된다.

10 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 공석강에서의 연속냉각변태
그림의 연속냉각 변태곡선을 살펴보면 오스테나이트-퍼얼라이트 변태종료 곡선 또는 변태중단 곡선이 베이나이트 변태곡선을 가리고 있으므로 연속냉각변태에서는 베이나이트가 형성되지 않는다. 오직 퍼얼라이트와 마르텐사이트 조직만이 형성된다. 분할 변태(split transformation) 구간에서 베이나이트가 소량 형성되기도 하지만, 완전한 베이나이트를 얻으려면 급냉 후 등온변태(IT)가 필요하다.

11 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 공석강에서의 연속냉각변태
그림에는 공석강의 연속냉각 변태곡선위에 다양한 열처리 경로를 표시하였다. 이와 같은 열처리 경로에 따라서 다양한 미세조직 얻어진다. 냉각곡선 A: 노냉(furnace cooling) 냉각 곡선 A를 따라서는 퍼얼라이트 변태시작 곡선과 변태완료 곡선을 지나게 되므로 모든 오스테나이트는 퍼얼라이트로 완전히 변태하게 된다. 그러나 냉각곡선 B와 비교하면 변태온도가 높기 때문에 상대적으로 핵생성이 느리고 결정립 성장이 빠르게 일어나므로 조대한 퍼얼라이트 결정립을 가진 미세조직을 형성하게 된다.

12 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 공석강에서의 연속냉각변태 냉각곡선 B: 공랭(air cooling)
냉각곡선 A와 마찬가지로 퍼얼라이트 변태시작 곡선과 변태완료 곡선을 지나므로 모든 오스테나이트는 퍼얼라이트로 완전히 변태하게 된다. 그러나 A보다 변태온도가 낮기 때문에 상대적으로 많은 핵이 생성되고 결정립 느리게 성장하므로 미세한 퍼얼라이트 결정립을 가진 미세조직을 형성하게 된다. 냉각곡선 C: 유냉(oil quenching) 분할변태(split transformation)가 일어난다. 초기에는 퍼얼라이트로 변태되지만, 냉각속도가 빠르므로 모든 오스테나이트가 퍼얼라이트로 변태하지 못하고 변태가 중단되며, 마르텐사이트 변태시작 온도, Ms에 도달하여 나머지 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태한다. 이와 같이 2단계 변태를 거치는 것을 분할변태라하고 최종 미세조직은 퍼얼라이트와 마르텐사이트의 혼합조직이 된다.

13 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 공석강에서의 연속냉각변태 냉각곡선 D: 수냉(water quenching)
냉각속도가 충분히 빠르기 때문에 퍼얼라이트 변태 시작곡선과 만나지 않은 상태로 마르텐사이트 변태시작 온도에 도달하게 된다. 따라서, 오스테나이트는 완전한 마르텐사이트 조직으로 변태한다. 냉각곡선 E: 임계냉각속도(critical cooling rate) 임계냉각속도란 퍼얼라이트가 생기지 않는 가장 느린 냉각속도를 의미한다. 이 냉각속도보다 냉각속도가 느리면 완전히 경화된, 즉, 완전한 마르텐사이트 조직의 강을 얻을 수 없으며 미세조직에 퍼얼라이트가 일부 존재하게 된다.

14 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 아공석강에서의 연속냉각변태
아공석강의 연속냉각변태 곡선에는 공석강의 연속냉각변태곡선과 달리 고온측에 페라이트 조직이 생기는 부분이 있다. 그러나 페라이트 변태 시작 곡선은 있으나 페라이트 변태 완료 곡선은 없으며 바로 퍼얼라이트 변태시작곡선으로 이어지게 된다. 그러므로 어떠한 냉각속도에서도 오스테나이트가 페라이트로 모두 변태하지 않으며, 오스테나이트가 일부 페라이트로 변태된 후에 남은 오스테나이트는 퍼얼라이트로 변태된다.

15 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 아공석강에서의 연속냉각변태
냉각속도가 빨라짐에 따라 페라이트로 변태되는 분율이 작아지고 퍼얼라이트 변태분율이 증가하다가 퍼얼라이트 변태의 중단 곡선을 만나게 되면, 남은 오스테나이트는 마르텐사이트 변태 시작점을 통과하면서 마르텐사이트로 변태하게 된다. 그러므로 이와 같이 분할변태(split transformation)가 일어나는 냉각속도에서는 소량의 초석 페라이트와 퍼얼라이트, 마르텐사이트, 잔류오스테나이트가 혼합된 조직이 얻어지고, 냉각속도가 빠를수록 마르텐사이트 분율이 많아진다. 냉각속도가 더욱 빨라져서 펄라이트의 코 부분을 통과하지 않으면, 냉각도중에 퍼얼라이트가 조금도 생기지 않는 과냉 오스테나이트 상태로 냉각되어 마르텐사이트 변태시작 온도에 도달하면 완전한 마르텐사이트 조직이 얻어진다.

16 탄소강에서의 연속냉각변태, CCT 과공석강에서의 연속냉각변태
과공석강의 연속냉각변태 곡선의 특징은 고온에서 세멘타이트가 초석으로 석출하는 영역이 있다는 점이다. 그러므로 느린 냉각속도에서는 먼저 세멘타이트 석출 시작곡선에 도달하여 오스테나이트가 세멘타이트로 석출하기 시작한다. 냉각됨에 따라 세멘타이트의 양은 증가하며, 이 구역에서의 조직은 오스테나이트와 세멘타이트의 혼합조직이 된다. 냉각이 계속 진행되어 퍼얼라이트 변태 시작 곡선을 만나게 되면 남은 오스테나이트는 퍼얼라이트로 변태하기 시작하면 퍼얼라이트 변태 종료곡선에서 모두 퍼얼라이트로 변태한다. 그러므로 상온에서의 조직은 세멘타이트와 펄라이트의 혼합조직이 얻어지게 된다. 이보다 냉각속도가 빠른 상태로 냉각되면 공석강이나, 아공석강과 유사한 변화를 나타내게 되는데 세멘타이트 석출 후 퍼얼라이트 변태가 이루어지다가 퍼얼라이트 변태 중단곡선에 이르러 오스테나이트의 퍼얼라이트로의 변태가 중단되고 냉각이 진행됨에 따라서 마르텐사이트 변태 시작 온도에 도달하여 남은 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태하게 된다. 그러므로 이러한 냉각속도에서는 상온에서 세멘타이트와 퍼얼라이트, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트가 혼합된 조직이 얻어지게 된다. 냉각속도가 충분히 빠르게 진행되어 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않고 냉각되면 아공석강에서와 마찬가지로 과냉 오스테나이트 상태로 냉각되어 마르텐사이트 변태 시작 온도에 도달하여 마르텐사이트 변태가 일어나게 된다. 이 경우의 상온 조직은 마르텐사이트 상태가 된다.

17 DPH hardness (Diamond Pyramid Hardness = Vickers Hardness)

18 합금강의 연속냉각변태 합금강의 연속냉각변태 곡선은 합금원소에 따라 현격히 달라지므로 독특한 특징을 나타내는 Ni-Cr-Mo강과 SKD강에 대해서만 간단히 살펴보도록 한다. Ni-Cr-Mo 합금강의 연속냉각변태 Ni-Cr-Mo 강의 연속냉각변태 곡선은 탄소강에 비하여 곡선 전체가 오른쪽으로 이동한 것처럼 나타나나다. 즉, 탄소강보다 변태가 늦게 일어난다는 것을 알 수 있다. 예를 들어 Ni-Cr-Mo 강의 퍼얼라이트 코까지의 시간이 대략 5분정도 걸리는 것으로 조사되므로 오스테나이트화 열처리한 조직을 5분 이내에 퍼얼라이트 변태곡선의 코에 해당하는 650oC를 통과하면 퍼얼라이트가 없는 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있다. 그러나 탄소강의 경우는 이 퍼얼라이트 변태곡선의 코까지 걸리는 시간이 대략 1초이므로 오스테나이트 상태의 탄소강을 퍼얼라이트 변태 없이 마르텐사이트 조직으로 변태시키기 위해서는 오스테나이트화 열처리한 조직을 1초내에 500~600oC로 냉각시켜야 한다. 이와 같이 급속한 냉각을 위해서는 매우 빠른 냉각방법을 사용하여야 한다는 것을 의미한다. 그러나 Ni-Cr-Mo 강의 경우는 5분이라는 시간의 여유가 있으므로 굳이 급냉을 하지 않고 공기 속에서 냉각을 하여도 퍼얼라이트가 전혀 없는 마르텐사이트 조직을 쉽게 얻을 수 있다. 이와 같이 Ni-Cr-Mo 강처럼 공기 속에서 냉각하여도 스스로 강화되는 강을 “자기경화(self hardening)강”이라고 한다.

19 합금강의 연속냉각변태 고탄소-고크롬계 공구강 (SKD 강)
이런 강의 연속냉각변태곡선에 나타나는 특징은 고온측에 “탄화물이 석출하는 구역이”이 마치 초석 페라이트나 초석 세멘타이트로 변태 시작하는 곡선처럼 존재한다. 그러므로 냉각속도가 이 곡선을 통과할 때 오스테나이트에서 탄화물이 석출하기 시작한다. 또 하나의 특징은 퍼얼라이트 변태시작 곡선의 코까지의 시간이 매우 길어서 오스테나이트 상태에서 공냉하여도 마르텐사이트 조직이 생기는 “자기경화 강”이라는 것이다. 이 공구강을 오스테나이트에서 냉각시키면 탄화물 석출 시작선에서 새로운 탄화물이 석출하기 시작하다가 냉각이 진행됨에 따라 마르텐사이트 변태시작온도에 도달하여 마르텐사이트가 생기기 시작한다. 상온의 미세조직은 탄화물과 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트의 혼합조직이 된다. 이 강에서도 서브-제로 열처리를 하게 되면 잔류 오스테나이트는 모두 마르텐사이트로 변하고, 경도도 약간 증가하게 되어 상온에서 마르텐사이트 기지에 탄화물이 박혀있는 미세조직을 갖게 된다.

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22 Hardenability

23 서브-제로 처리 마르텐사이트 변태가 일어나기 시작하는 온도(Ms)와 마르텐사이트 변태가 끝나는 온도 (Mf)는 탄소량에 따라 달라진다. 즉, 탄소량이 많아짐에 따라 마르텐사이트 변태 시작 및 완료 온도는 점점 낮아져서 탄소량이 0.6% 이상인 탄소강의 마르텐사이트 변태 완료 온도는 모두 0oC이하 이다. 그러므로 탄소량이 0.6%이어서 마르텐사이트 변태가 약 300oC에서 시작되어 0oC에서 변태가 완료되는 경우에는 0oC의 액체에 담금질을 하면 100% 마르텐사이트로 변태하게 된다. 그러나 탄소량이 0.8~0.9%인 탄소강의 경우는 마르텐사이트 변태시작온도와 완료온도가 각각 250oC와 -45oC정도이므로 0oC의 액체에서 담금질을 하여도 완전한 마르텐사이트가 생성되지 않고 마르텐사이트와 오스테나이트의 혼합조직이 얻어지게 된다. 변태하지 않고 남아 있는 오스테나이트를 잔류 오스테나이트(retained austenite)라고 부르는데 이 잔류 오스테나이트가 강에 존재하면 여러 가지 문제점이 많이 발생한다. 이런 잔류 오스테나이트는 없을수록 좋다. 담금질할 때 잔류 오스테나이트가 없는 상태, 즉 100% 마르텐사이트로 하는 것이 가장 좋다. 그러므로 마르텐사이트 변태 완료 온도가 0oC보다 낮은 탄소강을 100% 마르텐사이트 직으로 만들기 위해서는 0oC이하의 액체에서 냉각하여야 100% 마르텐사이트로 된다. 이와 같이 100% 마르텐사이트 조직으로하기 위하여 0oC이하의 낮은 온도, 보통 -50oC에서 -100oC 정동의 온도에서 냉각하는 방법을 서브-제로 처리라고 한다.

24 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 등온 변태 풀림, isothermal annealing, ausannealing
풀림이란 주로 금속을 연하게 하거나 응력을 제거하기 위하여 하는 열처리 방법이다. 풀림 처리는 강을 오스테나이트 상태로 가열한 다음 20~30시간동안 열처리 로 속에서 매우 천천히 연속 냉각하는 방법이다. 그러나 연속냉각변태곡선을 이용하면 다음과 같은 방법으로 비교적 짧은 시간에 풀림 처리를 할 수 있다. 1) 보통의 풀림 처리 온도로 가열하여 오스테나이트 상태로 한 다음 퍼얼라이트 코(nose)보다 높은 온도로 가열되어 있는 염욕에 넣어 냉각한다. 2) 이 염욕에서 퍼얼라이트 변태가 시작되어 완료되는 시간까지 유지하여 오스테나이트를 모두 퍼얼라이트로 변태시킨다. 3) 변태가 끝나면 염욕에서 꺼내어 물이나 공기 중에서 냉각한다. 이와 같이 연속냉각변태곡선을 이용하여 풀림하는 방법을 “등온 변태 풀림”이라고 한다. 이 방법은 공구강이나 특수강 등 자기경화강을 연하게 할 때 사용하는 방법이다.

25 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 오스템퍼링(austempering)
일반적으로 담금질-뜨임 하는 방법은 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않도록 빠른 냉각속도로 연속 냉각하여 담금질하면 마르텐사이트 조직이 형성된다. 마르텐사이트 조직이 형성된 후 적당한 온도로 재가열하여 유지한 후 공기 속에서 냉각하여 사용한다. 이러한 과정 중에서 오스테나이트가 마르텐사이트로 변하는 연속냉각 과정에서 체적이 팽창한다. 그 결과 열처리하다가 제품이 깨지거나 심한 변형이 생기는 등 문제점이 많이 발생한다. 이런 문제점은 마르텐사이트 변태 시작온도와 변태 완료온도 사이의 구간을 빠르게 통과하였을 때 발생한다. 빨리 통과하면(급냉하면) 마르텐사이트가 순간적으로 생성되므로 체적이 갑자기 팽창하여 심한 변형이 발생하는 것이다. 그러므로 이 문제점을 해결하기 위해서는 가능한 마르텐사이트 변태 시작온도와 완료온도 사이의 구간을 천천히 통과하여 마르텐사이트가 천천히 생기게 하는 것이다. 이 문제를 해결하고 기계적 성질도 향상시키기 위하여 연속냉각변태곡선을 이용한다. 1) 오스테나이트 상태의 강을 퍼얼라이트 변태곡선의 코와 마르텐사이트 변태 시작온도 사이의 온도의 염욕에 넣어 냉각한다. 이 때 냉각속도는 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않도록 한다. 2) 베이나이트 변태가 시작하여 완료되는 시간까지 염욕에서 등온상태로 유지한다. 3) 변태가 끝나면 염욕에서 꺼내어 공기 중에서 냉각함으로서 베이나이트 조직의 강을 만든다.

26 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 오스템퍼링(austempering)
이와 같은 열처리 방법을 “오스템퍼링(austempering)" 또는 "베이나이트 담금질(bainite quenching)"이라고 한다. 오스템퍼링은 단순히 염욕에 담금질 한 것이지만 담금질-뜨임 열처리 한 것과 거의 동일한 결과가 얻어진다. 오스템퍼링한 조직은 일반적으로 뜨임 처리하지 않고 그대로 사용하며, 담금질-뜨임 처리한 것보다 연신율, 단면수축율, 충격치 등이 크고, 인성이 풍부한 재료가 얻어진다.

27 마르템퍼링(martempering or controlled quenching)
탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 마르템퍼링(martempering or controlled quenching) 마르템퍼링은 오스테나이트 상태로 가열한 강을 마르텐사이트 변태 구역(변태시작온도와 완료온도사이의 구역)에서 열처리하는 방법이다. 1) 오스테나이트 상태의 강을 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않도록 하여 마르텐사이트 변태시작온도 이하로 가열된 염욕에 넣어 냉각한다. 2) 염욕에서 등온 상태로 유지하여 오스테나이트가 매우 천천히 마르텐사이트와 베이나이트로 변태하도록 한다. 3) 변태가 끝나면 염욕에서 꺼내어 공기 중에서 냉각한다. 마르템퍼링을 하게 되면 마르텐사이트가 스스로 뜨임 처리가 되며, 담금질 할 때 생기는 응력이 염욕에서 마르텐사이트 변태구역에서 등온처리하는 동안 스스로 없어지고 잔류 오스테나이트는 하부 베이나이트로 변한다. 그러므로 이와 같이 마르템퍼링 한 조직은 마르텐사이트와 하부 베이나이트의 혼합조직이며, 일반적인 담금질-뜨임 처리한 것보다 체적 팽창량이 작기 때문에 균열이나 변형이 생길 위험이 줄어든다.

28 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 마르퀜칭(marquenching)
마르퀜칭은 오스테나이트 상태로 가열한 강을 마르텐사이트 변태 시작온도 직상에서 냉각을 중지하여 제품의 표면과 중심을 동일한 온도로 한 다음 마르텐사이트 구역을 천천히 통과하는 것이다. 그러므로 제품의 내부와 외부가 동시에 천천히 마르텐사이트로 변한다. 균열과 변형을 방지할 수 있다. 1) 오스테나이트 상태의 강을 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않도록 하여 마르텐사이트 변태시작온도 직상으로 가열된 염욕에 넣어 냉각한다. 2) 염욕에서 제품의 표면과 중심부가 같은 온도로 될 때까지 등온 상태로 유지한다. 제품은 과냉 오스테나이트 상태로 유지된다. 3) 염욕에서 꺼내어 공기속에서 마르텐사이트 변태구역을 천천히 지나도록 냉각하여 마르텐사이트 변태가 서서히 일어나도록 한다. 4) 이 때 생긴 조직은 마르텐사이트 조직이므로 필요 따라서 뜨임 처리를 하여 사용한다.

29 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 시간 담금질(Time quenching)
시간 담금질은 오스테나이트 상태의 강을 고온상태에서는 물이나 소금물에 넣어 빨리 냉각함으로써 퍼얼라이트 변태가 일어나지 않도록 하고, 마르텐사이트 변태시작온도 직상에서는 급냉되고 있는 강을 기름이나 공기중 에서 냉각하여 마르텐사이트 변태가 천천히 일어나도록 하는 열처리를 말한다. 마르텐사이트가 천천히 생성되므로 제품도 천천히 팽창하므로 균열이나 변형을 최소화 할 수 있다. 또한 마르텐사이트 변태량은 온도에 따라 변하므로 천천히 냉각하여도 마르텐사이트 변태 완료 온도를 통과하면 100% 마르텐사이트로 변태한다. 그러므로 급냉하여 생긴 마르텐사이트와 서냉하여 생긴 마르텐사이트의 경도는 같다.

30 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 3차원 열처리
지금까지의 열처리는 온도와 시간을 고려하여 열처리 공정을 사용하였다. 그러나 이와 같은 열처리 공정에서 소성가공을 함께 수행하는 것이 열처리 완료의 재료의 성질을 크게 향상시킬 수 있다. 그러므로 온도와 시간에다가 소성가공까지 고려하는 3차원 열처리를 고려하도록 하자. 3차원 열처리를 “TMT, Thermo-Mechanical-Treatment" 또는 ”가공열처리”라고 부르기도 한다. 과냉 오스테나이트 상태에서 소성가공을 하는 방법을 오스포밍(ausforming)이라고 하며, 마르텐사이트 변태구간에서 소성가공을 하는 방법을 마르텐사이트 포밍(Martensite forming)이라고 한다. 3차원 열처리 하는 방법은 대단히 많은데 그 중에서 다음의 2가지를 간략히 설명하도록 하자

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32 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 3차원 열처리 오스포밍(ausforming)
오스포밍은 강의 강도를 증가시키는 열처리 방법으로서 초강인강의 제조에 사용되고 있다. 1) 오스테나이트 상태의 강을 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않도록 냉각하여 과냉 오스테나이트 상태를 만든다. 2) 이 과냉 오스테나이트 상태에서 베이나이트 변태가 시작되기 전에 소성가공을 한다. 3) 소성가공 종료 후 상온까지 냉각하여 마르텐사이트 변태를 완료한다.

33 탄소강의 연속냉각변태곡선과 열처리 3차원 열처리 오스텐 롤링(austen-rolling)
오스포밍은 강의 강도를 증가시키는 열처리 방법으로서 초강인강의 제조에 사용되고 있다. 1) 오스테나이트 상태의 강을 퍼얼라이트 변태곡선의 코를 통과하지 않도록 냉각하여 과냉 오스테나이트 상태를 만든다. 2) 이 과냉 오스테나이트 상태에서 베이나이트 변태가 시작되기 전에 압연을 한다. 3) 압연 종료 후 상온까지 냉각하여 마르텐사이트 변태를 완료한다.