철강 합금은 수세기 동안 인류의 기술 발전에 중요한 부분이었으며, 경제적 가치와 다양한 특성으로 인해 계속해서 활용될 것이다. 최근 저렴한 비용으로 초고강도 특성을 개발하려는 산업 경향으로 인해 엔지니어들의 새로운 합금을 설계하는 방안으로 접근이 요구된다. 마르에이징강은 우수한 용접성과 매우 낮은 탄소 함량으로 인한 탈탄을 방지하는 우수한 기계적 특성을 제공한다. 강화 메커니즘은 주로 마르텐사이트 조직과 시효 처리 후 석출 경화로부터 파생된다. 그러나 이 재료는 필수적으로 많이 첨가 되는 Ni과 Co를 포함하는 용질 원소가 값비싸다는 단점이 있다. 본 연구는 기존 조성 대비 저비용으로 초 고강도 특성을 달성하기 위해서 낮은 Ni 함량과 Co를 첨가하지 않는 마르에이징강 개발을 제시했다. 세가지 실험 조성들이 제안되었고, 설계 기준 정의, 문헌 검토와 열역학적 계산을 수행하여 종합적으로 연구되었다. 합금 조성들은 마르텐사이트 형성을 위한 초정 오스테나이트를 안정화하고, 미량의 Mo, Cr, Mn 그리고 Ti과 금속간 화합물 형성과 다양한 기계적 특성 향상을 위해 13 wt. % 미만의 Ni로 구성된다. 실험 합금들은 용체화 처리(900 ℃ ~ 1000 ℃) 그리고 시효 처리(400 ℃ ~ 550 ℃)를 통해 각각 완전한 마르텐사이트 상 과 석출 경화를 효과적으로 달성했다. 용체화 시간 감소, 비 등온 시효 처리 그리고 많이 변형된 상태에서 바로 시효 처리를 포함하는 열처리 조정으로 인장 특성이 향상되었다. 가장 높은 기계적 특성은 Fe-12.7Ni-6Mo-2.9Mn-1Ti 에서 2GPa의 강도와 6.8% 연신율을 달성했다. 투과 전자 현미경(TEM)과 원자 탐침 단층 촬영(APT)로 평균 반경이 87nm 이하인 구형 라베스 상(Fe₂Mo) 뿐만 아니라 타원형 η-Ni₃Ti 그리고 크기가 2nm 미만인 Mn이 많은 석출물을 확인했다. 석출 경화 모델은 조대한 Laves 상의 Orowan 고리 메커니즘과 입자 전단 메커니즘을 가지는 나노 크기의 η-Ni₃Ti 과 Mn이 많은 석출물들로 확인되었다. 1GPa이상의 강도 증가는 나노 밀도의 석출물 (12-10x1023m-3)들에 의한 것으로 확인되었다. 또한, 상경계에서 붕소의 편석과 나노 석출물들의 거동은 실험 합금의 연성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 혁신적인 조성의 마르에이징강이 초 고강도 부품에 적용 가능성에 대한 이해를 제공한다.