• Conservation and Restoration of Cultural Heritage
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• 제1권1호
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• pp.9-22
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• 2012

The most widely excavated iron artifacts used as weapons or farm tools from central southern regions of Korea were subjects of non-metallic inclusion analysis through metallographic examination, microhardness measurement, and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy. Through metallographic interpretation and study of the analyzed results, the steel manufacturing and iron smelting using heat processing in the iron artifacts excavated from the central southern region of the ancient Korean peninsula was studied, and the analysis of the non-metallic inclusions mixed within the metallic structures was interpreted as the ternary phase diagram of the oxide to infer the type of iron ores for the iron products and the temperature of the furnace used to smelt them. Most of the ancient forged iron artifacts showed $Al_2O_3/SiO_2$ with high $SiO_2$ contents and relatively low $Al_2O_3$ contents for iron ore, indicating t hat for $Al_2O_3$ below 5%, it is presumed that magnetic iron ores were reduced to bloom iron (sponge iron) with direct-reduction process for production. The temperature for extraction of wustite for $Al_2O_3$ below 1% was found to be $1,020{\sim}1,050^{\circ}C$. Considering the oxide ternary constitutional diagram of glassy inclusions, the steel-manufacturing temperature was presumed to have been near $1,150{\sim}1,280^{\circ}C$ in most cases, and minimum melting temperature of casting iron part excavated in Daeseong-ri. Gyeonggi was near $1,400^{\circ}C$, and it is thought that hypoeutectic cast iron of about 2.3% carbon was casted and fragility of cast iron was improved by decarburizing in solid state.

• 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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• 제32권4호
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• pp.579-588
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• 2016

본 연구는 수원 입북동 출토 철제환두도의 비금속개재물을 SEM-EDS로 분석하여 제철조업 온도를 추정하고 산화물을 $SiO_2$와 비교하여 조재제의 인위적 장입 여부를 판단하였으며 금속학적인 조직조사를 통하여 철제 환두도의 제작 시 열처리 기술을 연구하였다. 철제환두도의 시편들에서 wustite가 대부분 관찰되는 것으로 보아 고체저온환원법으로 제련한 철 소재를 가열-단조-성형 가공하여 제작된 것으로 판단된다. 또한 부분적으로 $P_2O_5$가 있는 것으로 보아 배소되지 않은 자연광석으로 직접 제련하였던 것으로 추정된다. $CaO/SiO_2$와 $TiO_2/SiO_2$ 등의 비로 보아 제철 원료는 철광석으로 판단되며, 석회질의 조재제도 인위적으로 장입하지는 않은 것으로 판단된다. 선단 쪽 인부의 조직은 순철인데 관부 쪽 인부는 탄소량도 높고 martensite 조직과 pearlite colony가 생성되어 있는 것으로 보아 침탄 후 담금질을 하였으며, 배부 및 병부와 환두부는 의도하지 않은 침탄이 된 것으로 판단된다. 이러한 철제환두도 시편들의 조직 양상들을 종합해본 결과 인위적인 부분적인 열처리 기법을 적용하여 제작한 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 한 유물에서나타나는 비금속개재물의 성분분석을 통해 얻은 산화물 데이터를 $SiO_2$로 나눈 비로 비교하는 해석하는 방법을 활용하여 좀 더 과학적인 근거를 제시하려고 노력하였다. 이러한 방법으로 기존의 분석 연구된 결과들에 의한 주장들을 재해석함으로 해서 다른 결과들을 얻을 수 있을 거라 사료된다.