[학위논문]전통 정련?단접 기술 적용 철제 주방용 칼의 금속학적 특성 비교 연구 A Comparative Study on the Metallurgical Characteristics of the Iron Kitchen Knife Using Traditional Refining and Hammer-welding원문보기
한반도의 제철기술은 직접제련법을 통하여 괴련철을 생산하고, 정련⸱단접 공정을 통하여 불순물 제거 및 조직이 치밀한 강괴를 생산하였다. 이렇게 생산된 강괴는 탄소함량에 따라 단접층위를 갖게 되어 고강도⸱고인성을 지닌 소재가 되며, 이 강괴로 제작한 철제 주방용 칼은 강괴의 우수한 금속학적 특성을 그대로 가지게 된다. 여기에 칼날에 대한 추가적인 열처리 공정인 담금질을 통해 경도를 증가시켜 최종적으로 칼날은 단단하면서 칼등은 유연한 철제 주방용 칼을 제작하게 된다. 이러한 특성은 고대 철제 무기류의 금속학적 분석을 통해 확인할 수 있다. 본 연구에서는 한반도 고대국가에서 이루어진 직접제철법을 통해 생산한 고대 무기류의 제작방식을 확인하여, 이를 토대로 철제 주방용 칼을 제작하여 금속학적 분석을 실시하였다. 2015년에 진행된 제철 재현실험을 통해 사철강을 제작하였고, 이 후 사철강에 ...
한반도의 제철기술은 직접제련법을 통하여 괴련철을 생산하고, 정련⸱단접 공정을 통하여 불순물 제거 및 조직이 치밀한 강괴를 생산하였다. 이렇게 생산된 강괴는 탄소함량에 따라 단접층위를 갖게 되어 고강도⸱고인성을 지닌 소재가 되며, 이 강괴로 제작한 철제 주방용 칼은 강괴의 우수한 금속학적 특성을 그대로 가지게 된다. 여기에 칼날에 대한 추가적인 열처리 공정인 담금질을 통해 경도를 증가시켜 최종적으로 칼날은 단단하면서 칼등은 유연한 철제 주방용 칼을 제작하게 된다. 이러한 특성은 고대 철제 무기류의 금속학적 분석을 통해 확인할 수 있다. 본 연구에서는 한반도 고대국가에서 이루어진 직접제철법을 통해 생산한 고대 무기류의 제작방식을 확인하여, 이를 토대로 철제 주방용 칼을 제작하여 금속학적 분석을 실시하였다. 2015년에 진행된 제철 재현실험을 통해 사철강을 제작하였고, 이 후 사철강에 탄소강과 니켈탄소강을 접합하여 정련 및 단접을 실시하였다. 이 후 사철강으로 제작한 철제 주방용 칼(K1), 탄소강과 접합한 철제 주방용 칼(K2), 마지막으로 니켈탄소강과 접합한 철제 주방용 칼(K3)을 제작하여 금속학적 분석을 통해 금속학적 특성을 비교하였다. K1, K2, K3의 미세조직을 금속현미경과 SEM-EDS를 통해 관찰한 결과 Fe-C의 아공석강 합금으로 관찰되었으며, 단조로 인한 미세한 Ferrite와 Pearlite가 관찰되었다. 또한 칼날에서 열처리 공정으로 인해 생성된 Martensite가 관찰되었다. 단접층에 대한 EDS line scanning 결과 K1의 경우 단접을 실시할 때 금속조직이 재결정화가 진행되어 단접층이 뚜렷하지 않았으나, 탄소함량에 따른 경향성은 확인되었다. K2, K3의 경우 각각 사철강과 탄소강, 사철강과 니켈탄소강의 교차적층으로 단접층이 형성되었다. 이 때 K2는 탄소함량, K3의 경우는 단접층별 니켈함량에 따른 탄소함량 차이로 뚜렷한 경향성을 나타내었다. 시료별로 칼날에 대한 비커스 경도 측정 결과 K1이 평균 523.4 HV로 가장 높았으며, K3가 522.8 HV로, K2가 492.2 HV로 측정되었다. 이를 통해 K1이 경도가 가장 우수하였으며, 그 뒤로 K3, K2순이었다. 또한 시료별로 마모시험을 실시한 결과는 비커스 경도와 일치하였다. 즉 K1의 경우 0.058 %로, K3가 0.060 %로, K2가 0.144 %로 확인되어 K1이 가장 내마모성이 우수하다는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 사철만을 이용해 제작한 강괴의 재료학적 특성이 우수하였으며, 표면무늬는 니켈탄소강과 접합된 소재로 제작한 철제 주방용 칼이 뚜렷하였다. 향후 칼날 경도 향상을 위한 열처리 공정 연구와 다층 표면무늬 생성을 위한 추가적인 연구는 필요하다.
한반도의 제철기술은 직접제련법을 통하여 괴련철을 생산하고, 정련⸱단접 공정을 통하여 불순물 제거 및 조직이 치밀한 강괴를 생산하였다. 이렇게 생산된 강괴는 탄소함량에 따라 단접층위를 갖게 되어 고강도⸱고인성을 지닌 소재가 되며, 이 강괴로 제작한 철제 주방용 칼은 강괴의 우수한 금속학적 특성을 그대로 가지게 된다. 여기에 칼날에 대한 추가적인 열처리 공정인 담금질을 통해 경도를 증가시켜 최종적으로 칼날은 단단하면서 칼등은 유연한 철제 주방용 칼을 제작하게 된다. 이러한 특성은 고대 철제 무기류의 금속학적 분석을 통해 확인할 수 있다. 본 연구에서는 한반도 고대국가에서 이루어진 직접제철법을 통해 생산한 고대 무기류의 제작방식을 확인하여, 이를 토대로 철제 주방용 칼을 제작하여 금속학적 분석을 실시하였다. 2015년에 진행된 제철 재현실험을 통해 사철강을 제작하였고, 이 후 사철강에 탄소강과 니켈탄소강을 접합하여 정련 및 단접을 실시하였다. 이 후 사철강으로 제작한 철제 주방용 칼(K1), 탄소강과 접합한 철제 주방용 칼(K2), 마지막으로 니켈탄소강과 접합한 철제 주방용 칼(K3)을 제작하여 금속학적 분석을 통해 금속학적 특성을 비교하였다. K1, K2, K3의 미세조직을 금속현미경과 SEM-EDS를 통해 관찰한 결과 Fe-C의 아공석강 합금으로 관찰되었으며, 단조로 인한 미세한 Ferrite와 Pearlite가 관찰되었다. 또한 칼날에서 열처리 공정으로 인해 생성된 Martensite가 관찰되었다. 단접층에 대한 EDS line scanning 결과 K1의 경우 단접을 실시할 때 금속조직이 재결정화가 진행되어 단접층이 뚜렷하지 않았으나, 탄소함량에 따른 경향성은 확인되었다. K2, K3의 경우 각각 사철강과 탄소강, 사철강과 니켈탄소강의 교차적층으로 단접층이 형성되었다. 이 때 K2는 탄소함량, K3의 경우는 단접층별 니켈함량에 따른 탄소함량 차이로 뚜렷한 경향성을 나타내었다. 시료별로 칼날에 대한 비커스 경도 측정 결과 K1이 평균 523.4 HV로 가장 높았으며, K3가 522.8 HV로, K2가 492.2 HV로 측정되었다. 이를 통해 K1이 경도가 가장 우수하였으며, 그 뒤로 K3, K2순이었다. 또한 시료별로 마모시험을 실시한 결과는 비커스 경도와 일치하였다. 즉 K1의 경우 0.058 %로, K3가 0.060 %로, K2가 0.144 %로 확인되어 K1이 가장 내마모성이 우수하다는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 사철만을 이용해 제작한 강괴의 재료학적 특성이 우수하였으며, 표면무늬는 니켈탄소강과 접합된 소재로 제작한 철제 주방용 칼이 뚜렷하였다. 향후 칼날 경도 향상을 위한 열처리 공정 연구와 다층 표면무늬 생성을 위한 추가적인 연구는 필요하다.
Steel manufacturing technology of Korean Peninsula produced iron bloom through direct smelting technique and manufactured steel ingot with compact texture through removal of impurities by means of refining and forging processes. This steel ingot became a material with high strength and toughness due...
Steel manufacturing technology of Korean Peninsula produced iron bloom through direct smelting technique and manufactured steel ingot with compact texture through removal of impurities by means of refining and forging processes. This steel ingot became a material with high strength and toughness due to the presence of forged layers according to the carbon contents. As such, iron knife manufactured with this steel ingot will have exactly the same outstanding metallurgical characteristics of the steel ingot. In addition, through increase in the hardness by means of additional tempering, which is a heat treatment processing procedure, for the blade of the knife, iron knife with hardened blade and flexible back is finally manufactured. These characteristics can be confirmed through metallurgical analysis of the steel weapons used in ancient era. In this study, metallurgical analysis was executed by manufacturing iron knife on the basis of the confirmation of manufacturing method of ancient weapon produced through direct steel manufacturing technique carried out in the ancient kingdom of Korean Peninsula. sand iron ingot was manufactured through the experiment executed in 2015 on revival of ancient steel manufacturing technique. Later on, refining and forging were executed by combining of carbon steel and nickel carbon steel to generate distinct surface pattern of steel ingot. Then, iron knife (K1) using 1 sand iron ingot, iron knife (K2) using 1 applied iron ingot (by adding modern day steel ingot to sand iron ingot) to which carbon steel is combined and, lastly, iron knife (K3) using 1 applied iron ingot to which nickel carbon steel is combined were produced for comparison of their respective characteristics through metallurgical analysis. As the result of observation of micro-texture of K1, K2 and K3 under metallographic microscope and SEM-EDS, hypoeutectoid steel alloy of Fe-C was observed along with minute Ferrite and Pearlite due to forging process. In addition, Martensite generated through the heat treatment processing was observed in the blade of the knives. As the result of observation of forged layers under EDS line scanning, although K1 did not display definitive forged layers due to execution of recrystallization of the metal texture at the time of forging, tendency of carbon contents was confirmed. In the cases of K2 and K3, formation of forged layers were confirmed in the format of cross-lamination layers of sand iron ingot and carbon steel, and sand iron ingot and nickel carbon steel, respectively. At this time, there was clear display of tendencies due to differences in carbon contents in the case of K2 and due to difference in nickel contents for each forged layer in the case of K3. As the results of measurement of Vicker’s hardness of the knife blade for each specimen, that of K1 was the highest with average value of 523.4 HV, followed by those of K3 and K2 at 522.8 HV and 492.2 HV, respectively. Through this finding, it was confirmed that K1 has the most outstanding hardness, followed by K3 and K2. In addition, the results of wear-out test executed for each specimen were same as those of Vicker’s hardness. That is, the values for K1, K3 and K2 were found to be 0.058%, 0.060% and 0.144%, respectively, thereby confirming that K1 has the most outstanding wear resistance. Based on the above results, although the material characteristics of steel ingot manufactured by using only sand iron were outstanding, the surface pattern were more definitive on iron knife manufactured with material to which nickel carbon steel was combined. Accordingly, there is a need for additional research on the heat treatment processing procedure and generation of surface pattern in the future.
Steel manufacturing technology of Korean Peninsula produced iron bloom through direct smelting technique and manufactured steel ingot with compact texture through removal of impurities by means of refining and forging processes. This steel ingot became a material with high strength and toughness due to the presence of forged layers according to the carbon contents. As such, iron knife manufactured with this steel ingot will have exactly the same outstanding metallurgical characteristics of the steel ingot. In addition, through increase in the hardness by means of additional tempering, which is a heat treatment processing procedure, for the blade of the knife, iron knife with hardened blade and flexible back is finally manufactured. These characteristics can be confirmed through metallurgical analysis of the steel weapons used in ancient era. In this study, metallurgical analysis was executed by manufacturing iron knife on the basis of the confirmation of manufacturing method of ancient weapon produced through direct steel manufacturing technique carried out in the ancient kingdom of Korean Peninsula. sand iron ingot was manufactured through the experiment executed in 2015 on revival of ancient steel manufacturing technique. Later on, refining and forging were executed by combining of carbon steel and nickel carbon steel to generate distinct surface pattern of steel ingot. Then, iron knife (K1) using 1 sand iron ingot, iron knife (K2) using 1 applied iron ingot (by adding modern day steel ingot to sand iron ingot) to which carbon steel is combined and, lastly, iron knife (K3) using 1 applied iron ingot to which nickel carbon steel is combined were produced for comparison of their respective characteristics through metallurgical analysis. As the result of observation of micro-texture of K1, K2 and K3 under metallographic microscope and SEM-EDS, hypoeutectoid steel alloy of Fe-C was observed along with minute Ferrite and Pearlite due to forging process. In addition, Martensite generated through the heat treatment processing was observed in the blade of the knives. As the result of observation of forged layers under EDS line scanning, although K1 did not display definitive forged layers due to execution of recrystallization of the metal texture at the time of forging, tendency of carbon contents was confirmed. In the cases of K2 and K3, formation of forged layers were confirmed in the format of cross-lamination layers of sand iron ingot and carbon steel, and sand iron ingot and nickel carbon steel, respectively. At this time, there was clear display of tendencies due to differences in carbon contents in the case of K2 and due to difference in nickel contents for each forged layer in the case of K3. As the results of measurement of Vicker’s hardness of the knife blade for each specimen, that of K1 was the highest with average value of 523.4 HV, followed by those of K3 and K2 at 522.8 HV and 492.2 HV, respectively. Through this finding, it was confirmed that K1 has the most outstanding hardness, followed by K3 and K2. In addition, the results of wear-out test executed for each specimen were same as those of Vicker’s hardness. That is, the values for K1, K3 and K2 were found to be 0.058%, 0.060% and 0.144%, respectively, thereby confirming that K1 has the most outstanding wear resistance. Based on the above results, although the material characteristics of steel ingot manufactured by using only sand iron were outstanding, the surface pattern were more definitive on iron knife manufactured with material to which nickel carbon steel was combined. Accordingly, there is a need for additional research on the heat treatment processing procedure and generation of surface pattern in the future.
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