• 보존과학회지
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• 제34권2호
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• pp.87-96
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• 2018

본 연구는 정련 단접 공정을 재현하고 그 과정에서 발생한 강괴 및 단조박편을 단접 횟수에 따라 분류하여 분석하였다. 강괴의 경우 단접 횟수가 증가함에 따라 불순물과 공극률이 26.09%에서 1.8%로 줄었다. 또한 경도는 평균 36.88HV 가량 높아졌다. 이는 금속 조직이 점차 치밀해지는 것을 관찰할 수 있었다. 단조박편의 경우 단접 횟수에 따라 전철량이 높아졌다. XRD 분석 결과 Quartz, Fayalite, $W{\ddot{u}stite$, Magnetite가 관찰되며 횟수가 증가함에 따라 Quartz의 양이 낮아졌다. 또한 단접 횟수가 늘어남에 따라 입상(粒狀)의 $W{\ddot{u}stite$들이 응집(凝集)하여 굵고 긴 백색의 띠 형태로 관찰되었다. 이상의 결과로 정련 단접 공정에서 발생한 강괴 및 단조박편의 횟수별 특징을 알 수 있었으며 향후 고대 제철공정 및 철기 제작기술 체계를 정립할 수 있는 기술 자료로 활용할 수 있을 것으로 본다.

• 보존과학회지
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• 제37권6호
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• pp.738-747
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• 2021

제철원료별 직접제련법 복원실험으로 생산된 단조박편의 재료과학적 분석을 통해 금속학적 특성을 규명하였다. 제련을 위해 경주감포사철과 양양철광석을 이용하며, 각각 4개의 그룹을 설정하였다. 분석은 주성분, 광물 동정, 미세조직 관찰을 하였다. 주성분 분석 결과 정련·단접이 진행될수록 Fe의 함량은 증가하고 비금속개재물의 함량은 감소하였다. 광물을 동정한 결과 산화철 계열의 광물이 확인되었다. 미세조직 관찰 결과 Wüstite, Fayalite가 관찰되었으며, 일부에는 응집된 Wüstite가 관찰되었다. 일부 다각형, 장주상의 Magnetite도 확인되었다. 또한, 공극 및 불순물, 비금속개재물은 점차 감소하였다. 차후 다양한 제철원료를 이용한 복원실험을 통해 생산된 단조박편의 재료과학적 분석을 통해 금속학적 특성을 규명하고, 이를 유적에서 출토된 단조박편과 비교·검토하는 것이 필요하다.

• 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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• 제38권1호
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• pp.33-44
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• 2022

The study, iron-making process was examined through the scientific analysis of six by-products that were obtained during iron making at the Songdu-ri site in Jincheon. The total Fe content of the slags excavated from the Songdu-ri site was 36.29-54.61 wt%, whereas the deoxidation agent was 26.48-49.08 wt%. The compound analysis result indicated that fayalite and wüstite are the main compounds in slag. Furthermore, the microstructure analysis result confirmed the presence of fayalite and wüstite in the slag. It can be inferred from the flat shape in a bright matrix structure of the hammer scales that forging was performed in the latter stage. The Raman micro-spectroscopy results confirmed that the surface was hematite (Fe₂O₄), middle layer was magnetite (Fe₃O₄), and inner layer was wüstite (FeO). The presence of smelting and smithing slags, spheroid hammer scales, and flake hammer scales suggests that at the Songdu-ri site, iron-making process is carried out by division of labor into producing iron bloom through direct smelting, refining and forge welding, and ingot production.

• 보존과학회지
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• 제35권5호
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• pp.440-452
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• 2019

전통 제철 공정 중 단야공정에서 나타나는 다층구조 무늬의 선명도를 향상시키고자 재현실험을 통해 생산된 사철강(SI)과 탄소의 함량이 다른 3종류의 현대강인 경강(HS), 고탄소강(CS), 니켈탄소강(NiS)을 각각 단접한 소재 SIHS(사철강 + 경강), SICS(사철강 + 고탄소강), SINiS(사철강 + 니켈탄소강)을 대상으로 분석하였다. 사철강과 탄소의 함량이 다른 3종류의 현대강의 접합면에 대한 미세조직 관찰 결과, SINiS의 경우 다른 소재에 비해 단접면의 단접이 잘 이루어졌고 표면무늬 또한 두드러지게 관찰되었다. 결정립 크기는 소재별 큰 차이는 없었으나 경도는 SICS가 가장 높았다. 소재별 접합면에 대한 전자빔 미세분석법 측정 결과, SINiS의 경우 니켈과 탄소가 함유되어 표면무늬의 선명도가 다른 소재에 비해 높은 것으로 관찰된다. 이상의 결과를 통해 전통단접기술의 특징인 다층구조 소재에서 표현되는 표면무늬의 선명도를 높이기 위해서는 니켈이 함유된 탄소강이 가장 적합함을 확인할 수 있었다.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권3호
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• pp.194-202
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• 2010

Application of a stronger and more durable material for reactor pressure vessels (RPVs) might be an effective way to insure the integrity and increase the efficiency of nuclear power plants. A series of research projects to apply the SA508 Gr.4 steel in ASME code to RPVs are in progress because of its excellent strength and durability compared to commercial RPV steel (SA508 Gr.3 steel). In this study, the microstructural characteristics and mechanical properties of SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni low alloy steel and SA508 Gr.4N Ni-Mo-Cr low alloy steel were investigated. The differences in the stable phases between these two low alloy steels were evaluated by means of a thermodynamic calculation using ThermoCalc. They were then compared to microstructural features and correlated with mechanical properties. Mn-Mo-Ni low alloy steel shows the upper bainite structure that has coarse cementite in the lath boundaries. However, Ni-Mo-Cr low alloy steel shows the mixture of lower bainite and tempered martensite structure that homogeneously precipitates the small carbides such as $M_{23}C_6$ and $M_7C_3$ due to an increase of hardenability and Cr addition. In the mechanical properties, Ni-Mo-Cr low alloy steel has higher strength and toughness than Mn-Mo-Ni low alloy steel. Ni and Cr additions increase the strength by solid solution hardening. In addition, microstructural changes from upper bainite to tempered martensite improve the strength of the low alloy steel by grain refining effect, and the changes in the precipitation behavior by Cr addition improve the ductile-brittle transition behavior along with a toughening effect of Ni addition.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권9호
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• pp.100-106
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• 2020

This study analyzes the residual stress of AISI 1536V for an engine shaft of the shipbuilding industry and AISI A387 for a reactor shell of the chemical refining industry by the hole drilling method with a strain gauge rosette, which transforms fine mechanical changes into electrical signals. Tensile residual stress is generated in the forging and heat treatment process because specimens are affected by thermal stress and metal transformation stress. In the heat treatment process, the residual stress of AISI A387 is almost 170% the yield strength at 402 MPa. Since during the machining process, variable physical loads are applied to the material, compressive residual stress is generated. Under the same condition, the mechanical properties greatly affect the residual stress during the machining process. After the stress-relieving heat treatment process, the residual stress of AISI A387 is reduced below the yield strength at 182 MPa. Therefore, it is necessary to control the temperature, avoid rapid heat change, and select machining conditions depending on the mechanical properties of materials during manufacturing processes. In addition, to sufficiently reduce the residual stress, it is necessary to study the optimum condition of the stress-relieving heat treatment process for each material.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제52권3호
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• pp.240-251
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• 2019

울산 하대고분에서 출토된 판상철부의 미세조직을 금속학적 방법으로 분석하여 제작기술을 살펴보았다. 또한 기존의 판상철부 연구자료와 비교 및 검토하여 판상철부에 적용된 다양한 제작기술을 파악하였다. 울산 하대고분 44호 목곽묘에서 나란히 배열된 상태로 출토된 판상철부 10점을 과학적으로 분석한 결과, 판상철부의 제작기술 체계를 '(1) 순철-형태 가공, (2) 순철-형태 가공-침탄, (3) 순철-형태 가공-침탄-탈탄' 세 가지 유형으로 분류할 수 있었다. 판상철부는 모두 단조에 의해 제작되었고, 순철을 소재로 두드려 형태를 만들었다. 특히 다수의 판상철부는 형태 가공 후 침탄 처리를 통해 재질을 강화시켰는데, 이는 중간 소재 또는 화폐로 통용됨으로써 당시 제철산업의 근간을 이루었던 철강 제품인 것으로 보인다. 한편 형태 가공이나 침탄 이후에는 담금질이 실시되지 않았다는 공통점을 가진다. 순철을 소재로 제작한 판상철부의 미세조직에는 불순 개재물이 다량 포함되어 있고, 비금속 개재물을 성분 분석한 결과, 유리상과 뷔스타이트가 함께 혼재한 철재(鐵滓)의 특징을 보여주므로 제련 공정에서 저온환원법이 적용되었을 가능성이 크다.