• 보존과학회지
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• 제34권1호
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• pp.39-50
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• 2018

본 연구에서는 전통 제련법을 토대로 사철을 이용해 괴련철 생산을 재현하고 슬래그 및 괴련철을 분석하여 재료학적 특성을 알아보았다. 원료는 고문헌을 토대로 경주사철과 포항사철을 이용했다. WD-XRF 및 XRD 결과 경주사철은 저티탄사철의 Magnetite이며 포항사철은 고티탄사철의 Magnetite와 Ilmenite가 혼합됨을 확인하였다. 슬래그의 XRD 및 미세조직 분석결과 경주사철 슬래그는 Fayalite와 $W{\ddot{u}stite$, 포항사철 슬래그는 Titanomagnetite와 Fayalite가 확인되어 사철의 Ti 함량에 따른 조직의 차이를 확인하였다. 괴련철의 미세조직의 분석결과 경주사철 괴련철은 표면에 공석강에 가까운 탄소함량을 보이는 Pearlite가 우세하며, 내부는 Ferrite와 Pearlite가 혼재된 아공석강이었다. 포항사철 괴련철은 순철에 가까운 Ferrite이었다. 괴련철의 철물화를 위해서는 내부 불순물 제거, 조직을 치밀하게 하는 정련 및 단접이 필요함을 확인하였다. 향후 다양한 조건의 전통 제철 실험을 통해 제철부산물의 성격을 규명하고 제철 유적의 특징을 알아보는데 중요한 데이터로 활용 가능할 것이다.

• 보존과학회지
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• 제17권
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• pp.57-64
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• 2005

청평사 강선루 회전문 부근에서 출토된 조선시대 $16\~17$세기 철물과 철촉에 대한 금속조직학적으로 조사하기 위하여 유물에서 부식되지 않은 시편을 채취하여 마운트와 연마 및 부식을 시켜 금속조직을 관찰하고 비금속개재물부분은 SEM으로 관찰한 뒤 EDS로 분석하였다. 금속학적 조직조사와 SEM-EDS분석을 통하여 철물과 철촉은 고체저온환원법에 의한 순철에 가까운 괴련철 혹은 해면철을 이용하여 철을 생산하고, 단야로 같은 곳에서 침탄을 하여 탄소량을 높인 것으로 밝혀졌다. 또한 철물은 탄소량을 어느 정도 높인 다음 담금질과 열처리과정을 반복하여 철기의 강도를 인위적으로 많이 높이는 작업을 한 것으로 밝혀졌다. 이번 조사연구를 통하여 조선시대에도 괴련철을 소재로 하여 철을 생산하였다는 것을 알 수 있어 의미 있는 결과를 얻었다.

• 고문화
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• 56호
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• pp.147-180
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• 2000

이 연구는 김해 양동리 고분에서 출토된 2800 여점의 철제유물 중 6점에 대한 금속학적인 검토를 통해 고고학과 문화재보존과학의 기초자료로서 활용하고자 하였다. 1 김해 양동리 고분군 출토 철제유물은 원로로서 적철광을 사용하였고, 연료는 목탄을 이용한 것으로 추정된다. 2. 주조유물 중 철복은 C함량이 $4.6\%$의 과공정백주철이고 주조철부는 C함량이 $3.58\%$의 아공정백주철 임을 알 수 있었다. 이들 유물이 백주철인 것으로 보아 주조 후 바로 급랭하여 제작된 것으로 보인다. 3. 단조유물은 C함량이 $0.08\%,\;0.11\%$의 아공석강으로 대부분의 기지조직이 pearlite와 ferrite이며, 제작시 괴련철을 단조한 후 공랭하여 철기를 제작한 것으로 사료된다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제53권1호
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• pp.168-183
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• 2020

기원전 5세기부터 중국에서는 주조철기의 사용을 늘리기 위해 주조철기 특유의 취성(脆 性)을 제거하려 노력해 왔다. 그중 한 가지는 주조철기를 생산한 다음 별도의 가마에서 풀림열처리를 하는 기술이다. 이 기술은 조직 내 탄소를 응집하거나 제거해, 주조철기의 취성을 제거하고 단조(鍛造)를 가능하게 만드는 것이다. 풀림열처리 기술의 실체를 명확히 하기 위해 현재의 제철 기술 및 중국·일본의 연구 성과를 바탕으로 한반도 출토 고대 주조철기 가운데, 풀림열처리 기술이 확인된 가단주철제 주조철기를 검토하였다. 그 결과 원삼국시대 이전까지 가단주철제 주조철기는 모두 외부로부터 수입된 것으로 추정된다. 또한 일본 이시가미신궁에 소장 중인 칠지도가 한반도에서 제작된 것으로 본다면, 4세기에 들어서야 백제에서는 풀림열처리 기술을 확보했을 가능성이 있다. 하지만 당시에는 괴련철을 중심으로 철 생산이 이루어졌으며, 괴련철을 정련한 괴련강을 소재로 다량의 단조철기가 제작되었다. 또한 기존의 주조철기 중 주조괭이를 제외한 대부분의 주조철기가 단조철기로 대체되었다. 따라서 삼국시대까지 풀림열처리 기술은 많이 사용되지 못하였다. 하지만 통일신라시대에 들어서 철 생산 및 유통의 지역 거점인 장안리 유적에서 확인될 정도로 기술이 확산된 것을 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제56권4호
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• pp.475-499
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• 2023

경상지역 제철유적의 원료산지 추정을 위해 제철시료와 주요 철광상 철광석을 대상으로 암석기재학 및 지화학적 특성을 비교 분석하였다. 각 지역에서 발굴된 제철유적 시료는 제련공정 단계에 따라 원료철광석, 괴련철, 괴련철슬래그, 선철, 선철슬래그, 단조박편, 단야철, 철정 및 화살촉으로 분류되었고 각각 상이한 구성광물과 조직을 보였다. 또한 슬래그를 구성하는 규산염광물에서의 알루미늄 및 칼슘 등의 주원소 성분의 농집과 제철유물에서 니켈 및 구리 등의 미량원소 함량이 높은 것은 원료철광석의 특성이 반영된 것으로 잠재적인 제철원료의 산지추정인자로 여겨진다. 특히 제철유적 시료의 납-스트론튬 동위원소비는 크게 1) 원료철광석과 유사한 조성을 보이는 경우, 2) 스트론튬 동위원소비가 부화된 경우, 그리고 3) 납-스트론튬 동위원소비 모두 부화된 경우로 구별되며 이러한 동위원소비 특성은 고온의 제련공정 과정에서 첨가된 특정 조재제와의 혼염 가능성을 시사한다. 이러한 결과는 첨가물이 제련과정에 미치는 잠재적인 기여 측면에서 경상지역 제철유적의 산지추정 해석에 새로운 시각을 제시한다.

• 보존과학회지
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• 제18권
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• pp.33-50
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• 2006

영산강유역이라는 지역적 연계성을 가진 영광 군동, 무안 인평고분군, 무안 구산리고분군, 함평 국산유적에서 출토된 유물 중 백제식 묘제인 횡혈식석실분 출현 이전으로 편년되는 철기유물 6점을 선정하여 미세조직을 분석하였다. 분석 결과, 고대 영산강유역에서는 저온환원법에 의해 괴련철을 생산하는 기술이 주를 이루고 있었으며, 아울러 탄소를 제거시켜 강소재를 생산하는 기술체계가 이루어졌을 가능성도 확인되었다. 또한 강도를 필요로 하는 부위에만 담금질을 함으로써 높은 강도를 가짐과 동시에 담금질 조직이 가지는 취성을 담금질이 안된 부위에 분산시켜 철기가 깨지는 것을 방지하고 인성을 부여하는 기술이 이루어지고 있었다고 생각된다. 이러한 기술은 2세기대로 편년되는 영광 군동 출토 철부 미세구조에서 확인되고 있어 높은 기술체계를 가진 집단이 2세기 이전에 존재하고 있었고 5세기 말까지 이어졌을 가능성이 높다고 판단된다. 낮은 탄소함량의 괴련철로 철기를 제작하는 경우 성형-침탄-열처리-단타를 반복적으로 행하는 제작 공정이 이루어진 것으로 보인다.

• 보존과학회지
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• 제29권4호
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• pp.367-378
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• 2013

원삼국시대에 속하는 경기도 김포시 양촌유적에서 출토된 단조철부 5점과 주조철부 1점을 대상으로 미세조직 관찰과 비금속개재물 분석을 실시하였다. 단조품에 사용된 소재는 순철에 가까운 소재와 저탄소강이 사용되었고 성형 후 1점에만 담금질을 하였다. 주조품은 주철을 탈탄시킨 미세조직이 보여 주철탈탄 제강법이 적용된 것을 확인하였다. 비금속개재물 분석결과 철부는 고체저온환원법으로 제련하여 생산된 괴련철을 두드려서 제작하였다. FeO 함량이 $SiO_2$에 비해 비교적 높게 나타나 제련 시 노의 온도가 환원에 충분하지 못해 Fe의 회수율이 적었던 것으로 보이며 이 과정에서 광물에 포함된 K, P, Mg, Mn, Ti 등 불순물이 혼입되었다. Ca 함량이 높게 검출되는 곳이 있어 일부는 조제제로 석회물질을 넣었던 것으로 추정된다.

• 보존과학회지
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• 제30권4호
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• pp.335-343
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• 2014

현재까지 분석된 백제지역 출토 철기 유물의 금속미세조직과 비금속개재물 분석 자료들을 한강, 금강, 영산강 유역권으로 분류하여 조업 온도를 추정하고 제강 및 열처리 기술을 지역적 시대별 특성을 조사하였다. 세 지역 모두 시대에 관계없이 고체저온환원으로 괴련철이나 해면철이 주 제철 방법으로 판단된다. 비금속개재물의 산화물 삼원상태도로 재해석한 결과 로내 온도는 $1,100{\sim}1,300^{\circ}C$ 정도에서 조업하였던 것으로 추정된다. 철광석은 자철광석이 주원료이며, $TiO_2$가 높은 것들은 사철을 사용하였던 것으로 보인다. $CaO/SiO_2$의 비율이 0.4 이상인 유물들은 석회질의 융제를 인위적으로 넣었던 것으로 판단된다. 제강은 저탄소강을 단야로에서 숯으로 가열할 때 나오는 CO, $CO_2$ gas로 침탄시키는 고체 침탄강임을 알 수 있었다. 또한 의도적으로 필요 부분의 강도를 높이는 침탄작업과 담금질을 하였던 것으로 보아 3세기에는 백제지역의 철기제작자들은 열처리 기술을 인지하고 있었다.

• 보존과학회지
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• 제34권6호
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• pp.581-593
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• 2018

최근 고대 제철기술 연구를 위한 복원실험이 활발하게 이루어짐에 따라 세부 기술체계나 조업방식 등에 대한 해석이 가능해지는 등 성과를 이루었다. 이에 본 연구에서는 고대 제련-단야기술 복원실험을 위한 적정 온도조건을 확인하여 고대 기술의 복원에 근접하기 위한 적정한 실험 방향을 제시하고자 하였다. 복원대상은 고대 중원지역의 출토 사례를 기본으로 하였으며 기존의 연구 자료를 참고하여 최대한 변수를 통제한 실험을 설계하였다. 저온으로 조업한 실험A와 고온으로 조업한 실험B를 실시한 결과 실험A에서 생성된 철은 탄소함량이 적고 단야조업에도 적합한 것으로 확인되었다. 또한 슬래그의 미세조직 및 성분조성과 노벽의 침식 등 전반적인 양상도 실험A가 고대 제련기술에 근접한 결과를 보였다. 실험을 통한 고대 제철기술의 복원은 유적에서 나타나는 현상의 복원될 때 이루어질 수 있으므로 고대제련-단야 기술체계의 복원을 위한 실험은 실험A와 같은 저온조업을 중심으로 진행되는 것이 적절할 것으로 판단된다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제50권1호
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• pp.4-17
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• 2017

본 연구에서는 부여 관북리 유적 "나" 지구에서 출토된 9점의 제철 관련 유물에 대한 분석을 실시하여 제철유구의 성격을 확인하고자 하였다. 연구결과, GB1과 GB6은 반환원괴로 확인되며, GB2, GB3, GB4, GB5는 정련 과정에서 생성된 단야재로 확인되었다. 노벽 시편인 GB7의 내측에서는 고온지시광물인 Mullite, Cristobalite가 확인되었고, $FeO-Al_2O_3-SiO_2(FAS)$ 삼원상태도에 대입한 단야재의 정출온도는 $1200{\sim}1300^{\circ}C$로 확인되었다. 덩이쇠인 GB8은 괴련강계 단조철기로 확인되었는데, 이는 철기제작을 위한 중간소재로 사용된 것으로 보이며, GB8의 내부에서 관찰되는 비금속 개재물은 단야재의 조직과 성분이 유사함을 알 수 있다. 따라서 부여 관북리 유적 "나" 지구의 제철유적은 직접제철법으로 생산된 괴련철의 정련을 기본으로 하는 소규모 제철시설이었던 것으로 추정할 수 있다.