[논문]서천 봉선리유적 출토 철제대도의 금속학적 조사 및 기능성 고찰

조현경; 정영상; 조남철; 이훈

doi:10.12654/jcs.2014.30.2.01

서천 봉선리유적 출토 철제대도의 금속학적 조사 및 기능성 고찰
Metallurgical Investigation and Functional Consideration of the Iron Swords from Bongseon-ri Site in Seocheon 원문보기

보존과학회지 = Journal of conservation science, v.30 no.2, 2014년, pp.111 - 122

조현경 (공주대학교 문화재보존과학과) , 정영상 (국립중앙과학관) , 조남철 (공주대학교 문화재보존과학과) , 이훈 (충청남도역사문화연구원)

초록
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서천 봉선리유적은 백제의 중앙과 지방의 묘제가 혼재하고 있는 유적으로 백제 중앙에서 재지세력에세 사여한 것으로 추정되는 환두도가 다량 출토되었다. 이것은 재지세력이 백제 중앙의 관리 하에 놓이는 과정을 나타내는 부장유물로 추정된다. 이 중 4점의 환두도와 1점의 목병도를 대상으로 금속학적 분석을 실시하여 무기로서의 실용적 기능과 부장용 의장용으로써의 비실용적 기능에 대하여 연구하였다. 목병도 1점은 담금질과 고체침탄의 제강기술을 이용하여 제작되었으며 무기로서의 실용성을 가진다고 볼 수 있다. 반면 4점의 환두도는 인부에는 강도가 작은 미세조직이 나타나고 배부에서 충격을 흡수할 만큼의 미세조직이 나타나지 않으므로 목병도에 비해 무기로서의 기능은 떨어진다고 볼 수 있다. 즉, 서천 봉선리에서 출토된 목병도와 환두도는 실용기와 비실용기로 명확히 구분되는 것이 가장 큰 특징이라고 할 수 있다. 또한 미세조직 내에 존재하는 비금속개재물을 분석한 결과 우스타이트와 유리상이 함께 발견되므로 제련 공정에는 저온환원법이 적용되었을 가능성이 크다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Bongseon-ri site, the central type and the local type of the Baekje tombs co-exist together. Many swords with ring pommel which to regional leaders in Seocheon the Beekje government granted are excavated from these tombs. These represent that the regional leaders were controlled by the Baekje government gradually. Four swords with ring pommel and one simple sword are investigated metallurgically and we seek what swords have a function of weapon or what sword produce for grave goods. The simple sword is made by solid carburizing technology and quenching of heat treatment so it's possibly used as a weapon. In contrast, four swords with ring pommel has little chance of weapon because the blade of swords consists of microstructure that have low hardness and the back of swords don't have microstructure can absorb the shock. The most identical characteristic of the simple sword and swords with ring pommel is that they are possible to classify clearly into practical/non-practical tools. Additionally, according to non-metallic inclusion analysis result of these swords, w$\ddot{u}$stite and glass phase are found together. Thus, it is able to say that reduction method in low temperature is applied during smelting process.

주제어

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문제 정의

철제유물의 미세조직 분석을 통해 제작 당시 가해진 처리 방법에 대한 정보를 유추할 수 있으며 이러한 처리법이 특정한 기계적 성질을 목적으로 하여 제작되었는지 해석해보고자 한다. 미세조직과 기계적 성질 간의 상관관계를 규명함으로써 착장형 장식도인 환두도와 실용기로 볼 수 있는 목병도에 적용된 기술적 정보의 차이, 4~6세기 대의 백제재지세력에서 사용된 철기 제작 기술 체계의 특징을 알아보고자 하였다.
그러나 이러한 가설은 대부분 유물의 형태・문양 등 가시적으로 보이는 것을 이용하여 얻어진 고고학적 고증으로써 이를 뒷받침할 수 있는 과학적 접근은 미흡한 편이라할 수 있다. 본 연구에서는 서천 봉선리에서 출토된 환두도와 목병도를 금속학적으로 분석하여 무기로서의 실용적 기능과 부장용・의장용으로써의 비실용적 기능에 대한 고고학적 고증에 대해 과학적 근거를 제시해 보고자 한다. 철제유물의 미세조직 분석을 통해 제작 당시 가해진 처리 방법에 대한 정보를 유추할 수 있으며 이러한 처리법이 특정한 기계적 성질을 목적으로 하여 제작되었는지 해석해보고자 한다.
본 연구에서는 서천 봉선리에서 출토된 환두도와 목병도를 금속학적으로 분석하여 무기로서의 실용적 기능과 부장용・의장용으로써의 비실용적 기능에 대한 고고학적 고증에 대해 과학적 근거를 제시해 보고자 한다. 철제유물의 미세조직 분석을 통해 제작 당시 가해진 처리 방법에 대한 정보를 유추할 수 있으며 이러한 처리법이 특정한 기계적 성질을 목적으로 하여 제작되었는지 해석해보고자 한다. 미세조직과 기계적 성질 간의 상관관계를 규명함으로써 착장형 장식도인 환두도와 실용기로 볼 수 있는 목병도에 적용된 기술적 정보의 차이, 4~6세기 대의 백제재지세력에서 사용된 철기 제작 기술 체계의 특징을 알아보고자 하였다.

제안 방법

따라서 유리상의 슬래그가 제련 과정에서 잔류하였음을 알 수 있으며 비금속개재물이 길게 늘어진 방향으로 보아 대도를 제작하기 위해 소재를 접어서 단조 가공했음을알 수 있다. 그러므로 이 대도는 강 소재를 사용하여 제작되었으며, 단조 가공을 통해 연해진 대도의 날을 강화하기 위해 침탄, 가공을 통한 결정립 미세화, 선단의 담금질과 같은 열처리를 시행하였다.
미세조직 내에 단면 방향(b→a)으로 존재하는 비금속개 재물을 SEM-EDS 분석을 통해 구성 성분을 확인하였다 (Figure 8, Table 5).
미세조직 내에서 발견되는 비금속개재물을 SEM-EDS 분석을 통해 구성성분을 확인하였다(Figure 4, Table 3). 인부 비금속개재물의 경우 A-1지점에서는 Fe산화물이 검출되며, A-2지점은 유리상으로 FeO와 더불어 SiO₂, CaO, Al₂O₃, K₂O 등이 검출된다.
연마가 끝난 철제시편은 3%의 나이탈(HNO₃+Ethyl Alcohol)용액으로 시편을 부식시킨 후 물과 Ethyl Alcohol로 세척하였다. 미세조직은 금속현미경(Metallurgical Microscope, Leica)로 관찰하였으며, 먼저 시편 전체를 관찰하고 부위별로 배율을 달리하면서 조직을 관찰하였다. 철제시편의 미세조직 내에 존재하는 비금속개재물은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM, MIRA3)-에너지분산형분광계(Energy Dispersive Spectrometer: EDS, QUANTAX 200, Bruker)를 이용하여 조사하였다.
미세조직을 통해 4세기 말~6세기 초에 이르는 고대 백제시대의 제철⋅제강법을 파악하고, 철제대도의 실질적인 기능과 역할에 대해 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
비금속개재물을 SEM-EDS로 분석하였다. Figure 6은 비금속개재물의 SEM Image이며 EDS 분석위치를 표시하고 그 결과를 Table 4에 정리하였다.
서천 봉선리유적에서 출토된 환두도 4점, 목병도 1점에서 시료를 채취하여 금속학적 분석을 실시하였다. 미세조직을 통해 4세기 말~6세기 초에 이르는 고대 백제시대의 제철⋅제강법을 파악하고, 철제대도의 실질적인 기능과 역할에 대해 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
채취한 시료는 에폭시 수지로 마운팅(mounting)하여 샌드페이퍼의 조밀 순서에 따라 #300, 500, 1000, 1200, 2400, 4000의 순서대로 연마한 후 물로 세척하였다. 이후 연마포(MD-MOL, MD-NAP, Struers)와 연마제(DP-suspension 3㎛, 1㎛, Struers)를 이용하여 미세연마를 실시하였다. 연마가 끝난 철제시편은 3%의 나이탈(HNO₃+Ethyl Alcohol)용액으로 시편을 부식시킨 후 물과 Ethyl Alcohol로 세척하였다.
본 논문에 수록한 모든 유물의 실측도는 忠淸南道歷史文化硏究院에서 2005년 발간한 『舒川-公州間高速道路工事敷地內(6공구)-舒川鳳仙里遺蹟』 보고서에서 인용한 것으로 채취한 시료의 위치를 실측도 상에 추가적으로 표시한 것이다. 채취한 시료는 에폭시 수지로 마운팅(mounting)하여 샌드페이퍼의 조밀 순서에 따라 #300, 500, 1000, 1200, 2400, 4000의 순서대로 연마한 후 물로 세척하였다. 이후 연마포(MD-MOL, MD-NAP, Struers)와 연마제(DP-suspension 3㎛, 1㎛, Struers)를 이용하여 미세연마를 실시하였다.
미세조직은 금속현미경(Metallurgical Microscope, Leica)로 관찰하였으며, 먼저 시편 전체를 관찰하고 부위별로 배율을 달리하면서 조직을 관찰하였다. 철제시편의 미세조직 내에 존재하는 비금속개재물은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM, MIRA3)-에너지분산형분광계(Energy Dispersive Spectrometer: EDS, QUANTAX 200, Bruker)를 이용하여 조사하였다.

대상 데이터

3-II지역 7호 석곽묘에서 출토된 소환두도로 도신의 하단부가 절단되었던 것을 접합하였다. 도신은 곧은 형태로 등폭이 넓고 전체에 목제 칼집흔이 덮여있다.
분석대상 유물 중 유일한 목병도(木柄刀)로 봉부(鋒部)가 결실된 채 출토된 철제대도이다. 잔장 59.
서천 봉선리유적에서 출토된 철제대도는 총 11점으로이 중 X-ray 촬영을 통해 금속심이 잘 남아있는 5점을 선정하고(Table 1) 유물의 파손을 최소화하여 시료를 채취하였다. 본 논문에 수록한 모든 유물의 실측도는 忠淸南道歷史文化硏究院에서 2005년 발간한 『舒川-公州間高速道路工事敷地內(6공구)-舒川鳳仙里遺蹟』 보고서에서 인용한 것으로 채취한 시료의 위치를 실측도 상에 추가적으로 표시한 것이다.

성능/효과

비금속개재물의 SEM-EDS 분석 결과를 Figure 10과 Table 6에 나타내었다. 날 부분인 A-1, A-2지점에서는 FeO과 더불어 SiO₂, Al₂O₃, CaO의 산화물이 존재하는 유리상으로 확인되었다. 등 부분의 비금속개재물 중 B-1지점은 날 부분과 마찬가지로 유리상의 슬래그이며, B-2지점은 수지상의 우스타이트로 확인되었다.
당시 대도의 제작 과정에서 괴련철을 접어서 고온가열한 뒤 반복 단타를 가하여 불순물을 분리하는 정련 공정을 실시하였지만, 완벽하게 가공이 되지 않았음을 알 수 있다. 비금속개재물은 우스타이트, 유리상으로 확인되었으며 이를 통해 대도를 제작한 당시 제철공정에는 저온환원법이 적용되었던 것을 알 수 있다. 그러나 앞선 시기인 토광묘에서 출토된 환두도와 후행하는 석곽묘에서 출토된 환두도의 제작기술에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
이는 대도의 인부에 가해지는 충격을 배부가 흡수할 수 있도록 유연성을 가진 것으로 볼 수 있으며 기능상 필요한 부위에 담금질의 열처리와 고체침탄법의 제강 기술을 사용하는 등 무기로서의 실용성을 가질 수 있도록 제작되었다고 볼 수 있다. 즉, 대도를 제작할 때 저온환원법과 제강공정, 열처리 기술들을 인부와 배부의 필요한 부분에만 국한시켜 적용함으로써 강도와 인성을 갖춘 철제무기를 제작하였음을 확인할 수 있다. 따라서 목병 도는 부장의 목적 외에도 피장자에 의해서 무기로 사용되 었을 가능성이 크다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수혈식석곽묘는 언제 조영된 것으로 보이는가?	서천 봉선리유적은 백제의 중앙과 지방의 관계를 보여 주는 유적으로 원삼국시대의 토광묘, 재지세력의 묘제로 보이는 수혈식석곽묘, 중앙세력의 묘제로 보이는 횡혈식석실분, 수혈식과 횡혈식의 조합으로 파생된 횡구식석곽묘 등 다양한 묘제가 혼재하고 있다(Jeong and Jeon, 2005a). 토광묘의 경우 4세기 말에서 5세기 대까지로 조영된 것으로 추정되며 수혈식석곽묘는 이른 5세기 대에서 6세기 초반까지도 조영된 것으로 보인다(Jeong and Jeon, 2005a). 이들 묘제는 재지적 성격이 강하나 백제화된 유물인 함께 부장되었다.
	분묘에 부장된 환두도를 통해 무엇을 알 수 있는가?	특히 고대는 각국 간의 전쟁과 전투가 빈번하게 이루어지던 시기로 효율적인 전쟁의 수행을 위해 철제무기들이 발전하였고 그 중 도(刀)는 무장의 기본으로 매우 중요하다. 특히 분묘에 부장된 환두도는 무기로서의 기능 뿐 아니라 위세품(威勢品)으로써의 의미도 반영되어 당시 사회의 권력관계나 신분 등을 알 수 있는 자료이다(Seong, 2000; Seong 2006; Lee, 2008).
	2지역 4호 토광묘와 3-Ⅱ지역 7호 석곽묘의 소환두도가 피장자를 위한 장식용・ 부장품으로써 제작되었을 가능성이 크다고 보는 이유는 무엇인가?	이들 환두도의 미세조직은 모두 탄소 함량이 낮은 페라이트 조직이 우세한 가운데 부분적으로 펄라 이트 조직이 발견되는 양상을 보인다. 특히 2지역 4호 토광묘의 소환두대도와 3-Ⅱ지역 7호 석곽묘의 소환두도는 인부에서는 페라이트, 배부에서는 펄라이트와 비드만스테튼-페라이트 조직이 나타난다. 이는 탄소 함량이 아주 낮은 소재를 사용하여 환두도를 제작한 후 일부에만 침탄 처리를 했던 것으로 추정된다. 이들 소환두도를 무기로 사용할 경우 인부에 가해지는 충격을 배부에서 분산시켜 흡수하기에는 무리가 있을 것으로 보이며, 모두 목병도에 비해 특별한 열처리와 제강 및 단조에 의한 가공이 생략되거나 적은 편이다. 그러므로 무기로서의 실용적 기능을 가지고 있다고 보기 어려우며, 무기보다는 피장자를 위한 장식용・ 부장품으로써 제작되었을 가능성이 크다.

참고문헌 (12)

Gu, J.B., 1995, A new classification and nomenclature of the swords with round pommel. Yongnam Archaeological Review, 17, 74-79. (in Korean)
Jeong, H.J. and Jeon, G.A., 2005a, Excavation Report 18: Seocheon Bongseonri site-the body. Chumgnam Institute of History and Culture, Gongju, 552-622. (in Korean)
Jeong, H.J. and Jeon, G.A., 2005b, Excavation Report 18: Seocheon Bongseonri site-the floor plan. Chumgnam Institute of History and Culture, Gongju. (in Korean)
Kim, J.G., Kim, G.Y., and Park, H.W., 1999, Microscope and metallography. Gold, Seoul, 213-220. (in Korean)
Kwon, S.H., Through the ruins of tombs of the Baekje period Seocheon area. Master thesis, Kongju University, Gongju, 36-4. (in Korean with English abstract)
Lee, B.R., 2008, A study on the swords with a ring pommel of the third to fifth century in the Guem River area. Master thesis, Chungbuk National University, Cheongju, 2-13. (in Korean with English abstract)
Lee, H.S., 2004, Manufacturing and ownership of sword with a ring pommel in the Three kingdom period. Society for Korean Ancient History Review, 36, 257-289. (in Korean with English abstract)
Lee, K.Y., 2011, A study on the swords with a ring pommel of Baekje. Master thesis, Kongju University, Gongju, 57-61. (in Korean with English abstract)
Samuels, L.E., 2007, Optical Microscopy of Carbon Steels. Wonchang Publishing, Incheon, 43-81. (in Korean)
Schmann, H. and Oettel, H., 2009, Metallografie. Nodemedia, Seoul, 609-612. (in Korean)
Seong, J.Y., 2000, An archaeological study of Paekche expansion into Mahan areas in midwestern Korea. Ph.D thesis, Seoul University, Seoul, 100-108. (in Korean with English abstract)
Seong, J.Y., 2006, The development of Paekche's control over local polities and material evidence during the fourth and fifth centuries. Special exhibition: from Hanseong to Ungjin, Gongju National Museum and Chumgnam Institute of History and Culture, Gongju, 209-227. (in Korean)

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