본 연구에서는 저탄소강 AISI 1015 강철에 가스 연질화 시 가스 분위기에 따른 화합물층의 미세조직 성장 거동에 대해 분석하였다. 연구를 진행하기 위하여 암모니아 가스와 이산화탄소 가스를 일정 비율로 열처리 로 내에 주입하고 수소 분압이 제어되는 상태에서 가스 연질화를 수행하였다. 연질화는 570 ℃에서 5시간동안 수소 분압은 50%, 39%, 33%로 제어하였고 탄화가스 (CO₂)가 첨가되는 공정의 경우 570 ℃에서 5시간동안 수소 분압은 33%로 제어를 하였고 CO₂ 가스 유량은 1%, 3%, 5%로 공정을 실시하였다. 혼합된 가스 분위기는 AMS 2759-10B규격에 근거하여 질화 포텐셜 (Kn) 및 탄화포텐셜 (Kc) 을 측정하였다. 이에따라 달라지는 혼합된 가스 분위기에서 연질화 후 표면 경도와 경도 프로파일을 측정하였고, 화합물층(Compound layer)의 두께 및 미세조직 변화를 관찰하였다. 가스 분위기에 따른 경도 변화를 보면, Kn 이 증가할수록 기공층(Porous layer)의 영향으로 인해 표면경도는 낮아졌으며 CO₂ 가스 유량이 증가할수록 표면경도의 변화는 없었다. 미세조직 변화를 보면, Kn이 증가할수록 화합물층 두께는 증가하였고 최대 약 15 ㎛로 측정되었고, CO₂ 가스 유량이 증가할수록 각 시험편의 화합물층 두께는 약 17 ㎛로 비슷하게 측정되었다. 화합물층의 상 분석 결과 Kn이 증가할수록 화합물층 두께가 증가하는 동시에 γ' 상 분율이 증가하였고, CO₂ 가스 유량이 증가함에 따라 γ' 상의 분율은 낮아지고 ε 상의 분율은 점점 증가하는 것을 확인할 수 있다. 게다가 CO₂ 가스 유량이 5%일 때 ε 상과 γ' 상 분율이 7:3으로 측정되면서 두개의 상으로 완전히 분리되는 화합물층이 형성된 것을 확인하였다. 표면의 질소 및 탄소농도를 측정한 결과, CO₂ 가스 유량이 증가할수록 표면의 질소 농도는 일정하게 측정되었고, 탄소 농도가 증가하는 것을 확인 하였다. 연질화 공정의 혼합된 가스 분위기에서 Kn이 증가할수록 화합물층 두께가 증가하였고, CO₂ 가스 유량이 증가할수록 표면의 탄소 농도가 증가하여 ε 상의 안정화가 일어나 γ' 상의 형성은 억제되고 ε 상의 형성이 촉진되는 것을 확인 할 수 있었다.