연철(금속)

연철의 미세조직. 침투한 슬래그가 검은색으로 보인다. 출처:위키피디아

1. 개요[편집]

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鍊鐵 / 시우쇠 / wrought iron(worked iron이란 뜻)

0.035wt% 이하의 탄소를 함유한 철 합금이다. 단철(鍛鐵)이라고도 불린다. 여기서 탄소를 아예 없애버리면 순철이 된다.

1~2％의 슬래그도 함유한다. 슬래그가 침투하기 때문에 산으로 부식시킨 후 확대하면 고유의 결이 보인다.

황이나 규소 등의 강철에 비해 강도가 떨어지지만, 연성이 있고 용접이 쉽다.[1] 물러서 해머로 때리거나 프레스로 눌러서 모양을 잡기 쉬워 단조에 쓰이고, 압출해서 길게 늘이기 쉬워 철사나 철봉 등에도 쓰였지만, 이제는 연강으로 대체되어 거의 쓰이지 않는다. 자성을 띠기 쉬우므로 전자석, 나침반 제조에 사용된다. 강철 제조술이 발달하기 전에는 증기 기관차의 무게를 버티지 못한 주철 레일이 박살 나는 문제를 해결하기 위해 신형 레일로 사용했다.

2. 생산[편집]

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초기의 제철 방식인 수로(竪爐, Bloomery)에서 연철을 주로 생산하였다. 블루머리는 진흙이나 벽돌을 쌓아 높다란 도가니로를 만들고 그 안에 철광석을 숯과 함께 쌓고 아래에서 풀무질로 뜨거운 공기를 불어넣어 온도를 높여 철광석을 녹이고 숯의 일산화탄소로 환원시켜 철을 뽑아내는 원시적인 제철 방식이다. 여기서 나온 철괴와 불순물 슬래그가 섞인 철 스펀지를 뜨거울 때 큰 망치로 여러 번 때려 슬래그를 제거하면 연철이 된다. 이 과정에서 제련온도가 낮으므로 탄소가 철에 충분히 침투하지 않고 탄소 성분과 불순물이 대부분 제거되기 때문에 연철이 된다. 망치로 때려 제련했기 때문에 연철(鍊鐵) 또는 단철(鍛鐵)이라고 부른다. 철기 시대 초기에는 블루머리 방식으로 만든 연철을 사용했지만, 나중에 용광로(고로)를 이용한 효율적인 제철법이 발명되자 탄소 함량이 높은 주철(선철)과 강철이 일반화되었다. 블루머리는 불순물이 낮은 일부 고급 강철 제조에만 쓰이게 되었다.

용광로로 주철(무쇠)을 대량생산할 수 있게 된 후에도 강철의 대량제조법이 나오기 전에는 강철을 만들려면 블루머리에서 나온 연철에 다시 탄소를 침탄시켜 강철을 만들었다. 연철괴와 숯이나 코크스를 섞어서 며칠이고 고온으로 가열해서 탄소를 서서히 침투시켜야 해서 제조 원가가 많이 들었다. 다만, 최초로 개발된 전로인 벳세머 전로의 경우 산성 슬래그를 사용했기 때문에 고품질의 강철을 얻기는 어려웠다. 그래서 고품질 강철을 생산할 수 있는 차세대 전로가 등장할 때 까지는 여전히 탄소 침탄 방식으로 강철을 생산했다.

현대에 들어서 연철은 더 이상 상업적으로 대량 생산되지 않는다. 강도가 떨어지고 녹이 잘 슬기 때문이다. 산업용도로는 진작에 강철에게 자리를 싹 뺏겼고, 문고리나 울타리 같은 생활용품이나 장식물로나 쓸만한 수준이다. 그런데 이러한 생활용품 용도에서마저 훨씬 튼튼하고 대량 생산되어 저렴한 강철이나, 혹은 비싸긴 해도 재질의 물성으로 인한 장점이 많은 알루미늄이나 스테인리스 스틸, 플라스틱으로 대체되었다. 그나마 사용됐던 난간이나 철문 같은 옥외 장식물 같은 것조차도 요즘은 연강(mild steel, 저탄소강)이 쓰인다.

3. 용도[편집]

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강철이 널리 쓰이기 전에 깨지기 쉬운 선철을 대신하여 철사나 병기 제작에 주로 쓰였다. 조총이 바로 이 연철을 구부리고 단조하여 만든 것이다. 유럽 같은 경우 고온의 고로를 제작하는 기술이 없어, 16세기 들어서야 선철(주철)의 생산이 가능했을 정도로 기술이 낙후했기 때문에 그 동안 주철을 무기에 사용하지 못했다. 놀랍게도 중국은 기원전 5세기 춘추전국시대부터 고온 고로의 개발에 성공해 선철 생산을 시작했고, 무기에 사용했다.

과거 장갑의 하나로서 사용됐던 물건이다. 탄소가 적게 함유된 철 답게 순식간에 녹이 슬고 강도가 약해 금방 다른 장갑재로 대체된다.

도검용 강재(특히 일본도) 관련으로는 신가네(心鉄)라고 한다. 칼몸의 내부에 주로 분포해서 이런 이름이 붙었다.