무쇠

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1. 개요

무쇠는 물과 쇠의 합성어로, 주철 또는 생철이라고도 불린다. 용광로에서 선철을 녹여 만들며, 탄소 함량과 기타 합금 원소의 첨가에 따라 회주철, 백주철, 구상흑연주철 등 다양한 종류로 분류된다. 주철은 다리, 건물, 기계 부품 등 다양한 구조물에 사용되었으나, 강도 문제로 인해 사용이 제한되기도 했다.

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무쇠
개요
주철 장식 격자
주철 팬
정의	탄소 함량이 2% 이상이고 실리콘 함량이 1~3%인 철-탄소 합금
분류
종류	회주철 백주철 가단주철 구상흑연주철
용도
일반적인 용도	주형 제작 파이프 기계 부품 조리기구 (예: 무쇠 냄비)
추가 정보
참고	주철은 강철보다 취성이 강하고, 용접하기 어렵다.

2. 이름

무쇠는 ‘물[水]’과 ‘쇠[鐵]’의 합성어다. ‘믈’은 근대국어 시기에 원순모음화를 경험하여 ‘물’로 변화한다. 또한 합성어를 형성할 때, ‘ㅅ’ 앞에서 ‘ㄹ’이 탈락하는 음운 변화로 ‘무쇠’가 된 것이다.^[20] ‘무쇠’에서 ‘물’은 자기 본래의 의미를 잃어버리고 “묽은”, “약한”이라는 의미의 접두사로 쓰였다. ‘무쇠’는 비록 단단하기는 하나 아직 연마가 덜 된 쇠를 뜻한다.^[21]

주철(鑄鐵) 또는 생철(生鐵)이라고도 한다.

3. 생산

주철은 용광로에서 철광석을 녹여 얻는 선철로 만들어진다. 주철은 용융된 선철을 직접 사용하거나, 선철을 다시 녹여서 만들 수 있다. 종종 상당량의 철, 강철, 석회석, 탄소(코크스)와 함께 여러 단계를 거쳐 불순물을 제거하는 과정을 거친다.^[5] 인과 황은 용융된 철에서 연소될 수 있지만, 이 과정에서 탄소도 연소되므로 다시 탄소를 보충해야 한다. 용도에 따라 탄소와 규소 함량을 2~3.5% 및 1~3%로 조정하며, 필요에 따라 다른 원소들을 용융물에 첨가한 후 주조하여 최종 형태를 만든다.^[5]

주철은 때때로 큐폴라(cupola)라고 하는 특수한 유형의 용광로에서 녹이지만, 현대적인 응용 분야에서는 전기 유도로 또는 전기 아크로에서 녹이는 경우가 더 많다. 용융이 완료되면 용융된 주철을 보관로 또는 용기에 붓는다.^[5]

주철은 선철에 비해 규소(Si)를 많이 (약 1~3%) 함유하는 것을 사용하는 경우가 많다. Fe-C(2원소계) 상태도의 공석점(탄소 함량 4.2~4.3%) 부근에서 녹는점이 낮기 때문에, 주조에 사용된다.

주철은 많은 탄소를 포함하기 때문에, 조직 속에 흑연이 정출한다. 정출하는 흑연의 형상은 냉각 속도와 합금 성분에 따라 달라지며, 그것에 따라 강도가 변화한다. 흑심주철(보통 주철)에서는 흑연이 판상으로 석출되기 때문에, 신율이 없고 단단하며 잘 부서진다. 한편 흑연이 구상으로 석출되도록 하여 인성을 향상시킨 것이 구상흑연주철이다.

응고 재료는 일반적으로 응고 수축에 따른 여러 가지 결함을 발생시킨다. 주철의 경우, 응고 수축을 흑연의 정출이 상쇄하여 약간 팽창하는 성질이나, 알루미늄과 달리 비중이 무거운 것에 의한 정수압에 의한 건전 효과로부터, 이상적인 주조 재료라고도 할 수 있으며, 거대 구조물에의 사용은 아직도 줄지 않는다.

주철의 성분 범위와 조직을 구분한 마우러의 조직도(マウラーの組織図)는 다음과 같다. 주철의 조직은 냉각 속도에 따라서도 변한다.

성분 범위	조직
I 영역: 백주철	세멘타이트+펄라이트
IIa 영역: 얼룩주철	세멘타이트+펄라이트+흑연
II 영역: 회주철	펄라이트+흑연
IIb 영역: 회주철	펄라이트+흑연+페라이트
III 영역: 회주철	페라이트+흑연
II 영역의 색칠된 부분: 펄라이트 주철	안정된 펄라이트+흑연 조직

4. 종류

주철은 탄소의 상태에 따라 회색주철, 백색주철, 얼룩주철 세 가지로 크게 나눌 수 있으며, 이 외에도 다양한 강화 주철들이 존재한다.

강화 주철
강인주철: 판상 흑연을 미세하고 둥글게 만들어 강도를 높인 주철이다.
구상흑연주철: 마그네슘(Mg), 세륨(Ce) 등을 첨가하여 흑연을 구상화한 주철이다. '''다클타일주철'''이라고도 한다.
컴팩티드 버미큘라 주철(FCV): 구상흑연주철과 유사한 조직과 강도를 가지면서 주조성과 기계가공성이 우수한 주철이다.
가단주철: 백색주철을 열처리하여 인성을 개선한 주철이다. (단조 가능한 것은 아니며, 강한 충격에 잘 견딘다.)
'''흑심가단주철'''(FCMB)
'''백심가단주철'''(FCMW)
'''펄라이트가단주철'''(FCMP)
합금주철: 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 첨가하여 특수한 성질을 부여한 주철이다.
'''고크롬주철'''
'''고규소주철'''
'''니레지스트'''(Ni-Cr-Cu 주철)

4. 1. 일반적인 주철

주철은 Fe-C(2원소계) 상태도의 공석점(탄소 함량 4.2~4.3%) 부근에서 녹는점이 낮아, 주조에 사용된다. 선철에 비해 규소(Si)를 많이(약 1~3%) 함유하는 것을 사용하는 경우가 많다.

주철은 탄소 함량으로 인해 조직 내에 흑연이 정출된다. 정출되는 흑연의 형태는 냉각 속도와 합금 성분에 따라 달라지며, 이에 따라 강도가 변화한다. 회색주철은 흑연이 판상으로 석출되어 신율이 없고 단단하며 잘 부서진다. 반면 구상흑연주철 등은 흑연이 구상으로 석출되도록 하여 인성을 향상시킨 것이다.

주철은 응고 수축을 흑연 정출이 상쇄하여 약간 팽창하는 성질을 가지며, 비중이 무거워 정수압에 의한 건전 효과를 얻을 수 있어 이상적인 주조 재료로 평가받는다. 거대 구조물에 여전히 많이 사용되는 이유이다.

2.14% 미만의 탄소만을 포함하는 주조용 철강 재료는 강의 일종인 주강으로 분류되어 주철과는 구분된다. 주철은 탄소의 상태에 따라 회색주철, 백색주철, 얼룩주철 세 가지로 크게 나눌 수 있다.

주철의 비교 특성^[9]
명칭	공칭 조성 [% 중량비]	형태 및 상태	항복강도 [ksi](0.2% 오프셋)	인장강도 [ksi]	신율 [%]	경도 [브리넬 경도]	용도
회색 주철(ASTM A48)	C 3.4, Si 1.8, Mn 0.5	주조	—	50	0.5	260	엔진 실린더 블록, 플라이휠, 기어박스 케이스, 공작 기계 베이스
소둔 주철 (ASTM A47)	C 2.5, Si 1.0, Mn 0.55	주조(소둔)	33	52	12	130	차축 베어링, 바퀴, 자동차 크랭크축
구상흑연 주철	C 3.4, P 0.1, Mn 0.4, Ni 1.0, Mg 0.06	주조	53	70	18	170	기어, 캠축, 크랭크축
구상흑연 주철 (ASTM A339)	—	주조(담금질 및 템퍼링)	108	135	5	310	—
Ni-hard 2형	C 2.7, Si 0.6, Mn 0.5, Ni 4.5, Cr 2.0	사형 주조	—	55	—	550	고강도 용도
Ni-resist 2형	C 3.0, Si 2.0, Mn 1.0, Ni 20.0, Cr 2.5	주조	—	27	2	140	내열 및 내식성

주철의 주요 종류는 다음과 같다.

일반적인 주철
* 회색주철: 흑연이 판상으로 파단면이 회색이다. '''보통주철'''이라고도 한다.
* 백색주철: 철의 탄화물인 세멘타이트가 석출되어 파단면이 흰색이다.
* 얼룩주철: 회색주철과 백색주철의 혼합형이다.

강화된 주철
* 강인주철: 판상흑연을 미세하게 하고 둥글게 개선하여 강인하게 만든 것이다.
* 구상흑연주철: 마그네슘(Mg), 세륨(Ce) 등을 첨가하여 흑연을 구상화한 것. '''구상흑연주철''', '''다클타일주철'''이라고도 한다.
* 컴팩티드 버미큘라 주철(FCV): 구상흑연주철과 유사한 조직과 강도를 가지며, 주조성, 기계가공성이 좋다.
* 가단주철: 백색주철을 열처리한 것. (세게 두들겨도 잘 부서지지 않는다.)
** '''흑심가단주철'''(FCMB)
** '''백심가단주철'''(FCMW)
** '''펄라이트가단주철'''(FCMP)
* 합금주철: 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 포함한다.
** '''고크롬주철'''
** '''고규소주철'''
** '''니레지스트'''(Ni-Cr-Cu 주철)

4. 1. 1. 회주철

회색 주철은 흑연 미세구조를 특징으로 하며, 이로 인해 재료의 파면이 회색으로 나타난다. 이는 가장 일반적으로 사용되는 주철이며, 중량 기준으로 가장 널리 사용되는 주조 재료이다. 대부분의 주철은 탄소 2.5~4.0%, 실리콘 1~3%의 화학적 조성을 가지며, 나머지는 철이다. 회색 주철은 강철보다 인장강도와 충격 저항성이 낮지만, 압축 강도는 저탄소강 및 중탄소강과 비슷하다. 이러한 기계적 특성은 미세구조에 존재하는 흑연 플레이크의 크기와 모양에 의해 제어되며, ASTM에서 제시한 지침에 따라 특성화할 수 있다.^[6]

주철은 많은 탄소를 포함하기 때문에, 조직 속에 흑연(graphite)이 정출한다. 정출하는 흑연의 형상은 냉각 속도와 합금 성분에 따라 달라지며, 그것에 따라 강도가 변화한다. 회색주철(보통 주철)에서는 흑연이 판상으로 석출되기 때문에, 신율이 없고 단단하며 잘 부서진다. 회색주철은 '''보통주철'''이라고도 한다.

4. 1. 2. 백주철

백주철은 철의 탄화물인 세멘타이트가 석출되어 파단면이 흰색을 띠는 주철이다. 낮은 규소 함량과 빠른 냉각 속도로 인해 탄소가 흑연 대신 준안정상인 세멘타이트(Fe₃C)로 석출된다.^[9] 매우 높은 경도와 내마모성을 가지지만, 취성이 강해 베어링 표면에 사용된다.^[9]

주철의 비교 특성^[9]
명칭	공칭 조성 [% 중량비]	형태 및 상태	항복강도 [ksi](0.2% 오프셋)	인장강도 [ksi]	신율 [%]	경도 [브리넬 경도]	용도
백색 주철	C 3.4, Si 0.7, Mn 0.6	주조(주조 상태)	—	25	0	450	베어링 표면

4. 1. 3. 얼룩주철

회색주철과 백색주철의 혼합형이다.^[9]

4. 2. 강화된 주철

강화된 주철에는 다음과 같은 종류가 있다.^[9]

'''강인주철''': 판상흑연을 미세하게 하고 둥글게 개선하여 강인하게 만든 것이다.
'''구상흑연주철''': 마그네슘(Mg), 세륨(Ce) 등을 첨가하여 흑연을 구상화한 것이다. '''다클타일주철'''이라고도 한다.
'''컴팩티드 버미큘라 주철(FCV)''': 구상흑연주철과 유사한 조직과 강도를 가지며, 주조성, 기계가공성이 좋다.
'''가단주철''': 백색주철을 열처리한 것이다. (이름 그대로 단조할 수 있는 것은 아니고, 세게 두들겨도 잘 부서지지 않는다.)
'''흑심가단주철'''(FCMB)
'''백심가단주철'''(FCMW)
'''펄라이트가단주철'''(FCMP)
'''합금주철''': 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 포함한다.
'''고크롬주철'''
'''고규소주철'''
'''니레지스트'''(Ni-Cr-Cu 주철)

4. 2. 1. 강인주철

흑연을 미세하게 하고 둥글게 개선하여 강인하게 만든 것으로, 일반적인 주철과는 다르다.^[9]

4. 2. 2. 구상흑연주철

마그네슘(Mg), 세륨(Ce) 등을 첨가하여 흑연을 구상화한 것이다. '''구상흑연주철''', '''다클타일주철'''이라고도 한다.^[9] 흑연이 구상으로 존재하여, 흑연편이 발생시키는 응력 집중 효과가 없는 다공성 강철과 유사한 특성을 가진다.

구상흑연주철의 특성^[9]
항복강도 [ksi] (0.2% 오프셋)	인장강도 [ksi]	신율 [%]	경도 [브리넬 경도]	용도
53	70	18	170	기어, 캠축, 크랭크축
108	135	5	310	—

4. 2. 3. 컴팩티드 버미큘라 주철(FCV)

컴팩티드 버미큘라 주철(Compacted vermicular cast iron^영어, FCV)은 구상흑연주철과 유사한 조직과 강도를 가지며, 주조성, 기계가공성이 좋다.^[9]

4. 2. 4. 가단주철

백색주철을 열처리한 것이다. 이름과 달리 단조할 수는 없지만, 강한 충격에도 잘 부서지지 않는 특성을 가진다. 백색주철 주조물을 약 950°C에서 1~2일 동안 열처리한 후, 1~2일 동안 천천히 냉각하여 만든다. 흑연 조각과 달리 경계가 둔하기 때문에 회색주철에서 나타나는 응력 집중 문제가 덜하다.^[9]

가단주철에는 다음과 같은 종류가 있다.

'''흑심가단주철'''(FCMB)
'''백심가단주철'''(FCMW)
'''펄라이트가단주철'''(FCMP)

4. 2. 5. 합금주철

합금주철은 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등을 포함한다.^[9] 고크롬주철, 고규소주철, 니레지스트(Ni-Cr-Cu 주철)가 여기에 속한다.

5. 합금 원소

주철의 특성은 다양한 합금 원소를 첨가하여 변경할 수 있다. 탄소 다음으로 실리콘(Si)가 가장 중요한 합금 원소인데, 용액에서 탄소를 제거하기 때문이다.^[5] 니켈(Ni)은 가장 일반적인 합금 원소 중 하나로, 펄라이트와 흑연 구조를 미세화하고, 인성을 향상시키며, 단면 두께에 따른 경도 차이를 줄인다.^[5]

망간(Mn)은 황(S)의 영향을 상쇄하기 위해 첨가한다.^[5] 크롬(Cr)은 소량 첨가하여 자유 흑연을 감소시키고, 냉각을 유도하며, 강력한 탄화물 안정제 역할을 한다.^[5] 구리(Cu)는 용탕 또는 용광로에 0.5~2.5% 정도 첨가하여 냉각을 감소시키고, 흑연을 미세화하며, 유동성을 증가시킨다.^[5] 몰리브덴(Mo)은 0.3~1% 정도 첨가하여 냉각을 증가시키고 흑연과 펄라이트 구조를 미세화한다.^[5]

티타늄(Ti)은 탈가스제와 탈산제로 첨가되지만 유동성도 증가시킨다.^[5] 바나듐(V)은 0.15~0.5% 첨가하여 시멘타이트를 안정화하고, 경도를 높이며, 마모 및 내열성을 향상시킨다.^[5] 지르코늄(Zr)은 0.1~0.3% 첨가하여 흑연 형성을 돕고, 탈산 작용을 하며, 유동성을 증가시킨다.^[5]

연성 주철 용융물에는 비스무트(Bi)를 0.002~0.01% 첨가하여 규소 첨가량을 증가시킨다.^[5] 백색 주철에는 붕소(B)를 첨가하여 연성 주철 생산을 돕고 비스무트의 조대화 효과를 감소시킨다.^[5]

6. 성분비(C와 Si의 함량)와 주철의 조직

주철은 탄소(C)량이 많으면 흑연(graphite)이 결정으로 석출된다. 흑연은 검은색을 띠고 있으며, 탄소량이 많은 주철은 단면의 색깔 때문에 회주철이라고 불린다.

위 그림은 마우러의 조직도(マウラーの組織図)를 모형적으로 그린 것으로, 주철의 성분 범위와 조직을 구분한 것이다. 주철의 조직은 냉각 속도에 따라서도 변한다. 각 영역과 조직은 아래 표와 같다.^[1]

성분 범위	조직
I 영역: 백주철	세멘타이트 + 펄라이트
IIa 영역: 얼룩주철	세멘타이트 + 펄라이트 + 흑연
II 영역: 회주철	펄라이트 + 흑연
IIb 영역: 회주철	펄라이트 + 흑연 + 페라이트
III 영역: 회주철	페라이트 + 흑연
II 영역의 색칠된 부분: 펄라이트 주철	안정된 펄라이트 + 흑연 조직

7. 역사

철광석을 용융제로 사용하여 구리를 제련할 때 의도치 않게 주철과 연철이 생산될 수 있다.^[10]

가장 오래된 주철 유물은 기원전 5세기에 제작된 것으로, 중국 장쑤성 루허 현(현재)에서 발견되었다. 이는 유물의 미세 구조 분석을 기반으로 한다.^[11]

주철은 비교적 취성이 강하기 때문에 날카로운 가장자리나 유연성이 필요한 용도에는 적합하지 않다. 압축에는 강하지만 인장에는 약하다. 주철은 기원전 5세기 중국에서 발명되었으며, 쟁기날과 솥뿐만 아니라 무기와 탑에도 사용되었다.^[12] 강철이 더 바람직했지만 주철은 더 저렴했기 때문에 고대 중국에서는 도구에 더 많이 사용되었고, 무기에는 연철이나 강철이 사용되었다.^[11] 중국인들은 표면층이 너무 취성이 되는 것을 방지하기 위해 주철을 산화 분위기에서 일주일 이상 가열하여 표면 근처의 탄소를 태우는 풀림 방법을 개발했다.^[13]

중앙 아프리카 콩고 분지 심부의 숲 지역에서 대장장이들은 1000년 전에 1000도가 넘는 고온을 낼 수 있는 정교한 용광로를 발명했다. 도가니에서 제작되어 주형에 부어 만든 용접, 납땜 및 주철의 수많은 예가 있다. 이러한 기술은 주철이나 강철 날과 부드럽고 유연한 연철 내부를 가진 복합 도구 및 무기에 사용되었다. 철선도 생산되었다. 초기 유럽 선교사들은 루바족이 주철을 주형에 부어 괭이를 만드는 것을 목격했다는 수많은 증언을 남겼다. 이러한 기술 혁신은 용광로의 발명 없이 이루어졌는데, 이는 유럽과 아시아에서 이러한 혁신을 배치하기 위한 전제 조건이었다.^[14]

주철 기술은 중국에서 서구로 전파되었다.^[15] 13세기 알 카즈비니와 다른 여행자들은 이후 카스피해 남쪽의 알부르즈 산맥에 있는 철 산업을 언급했다. 이곳은 실크로드와 가까우므로 중국에서 유래한 주철 기술의 사용이 가능하다.^[1] 15세기에 서구에 도입된 후에는 대포와 포탄에 사용되었다. 헨리 8세(재위 1509~1547)는 영국에서 대포 주조를 시작했다. 곧, 용광로를 사용하는 영국의 철공들은 주철 대포를 생산하는 기술을 개발했는데, 이는 기존의 청동 대포보다 무겁지만 훨씬 저렴했고 영국이 해군을 더 잘 무장할 수 있게 해주었다.

중국에서 가장 큰 주철 예술품으로 알려진 창저우의 철사자(953년, 후주 시대)

당시 많은 영국 용광로에서 주철 솥이 만들어졌다. 1707년 아브라함 다비는 기존 방법으로 만든 솥보다 얇고 저렴하게 솥(그리고 주전자)을 만드는 새로운 방법에 대한 특허를 받았다. 이는 그의 콜브룩데일 용광로가 솥 공급업체로서 지배적인 위치를 차지하게 되었다는 것을 의미하며, 1720년대와 1730년대에 소수의 다른 코크를 사용하는 용광로들이 이 사업에 참여했다.

1743년부터 시작하여 1750년대에 증가한 영국에서 증기 기관을 사용하여 용광로 풀무에 동력을 공급(간접적으로 물레방아에 물을 퍼 올려)하는 것은 주철 생산량을 증가시키는 주요 요인이었으며, 이후 수십 년 동안 급증했다. 수력의 한계를 극복하는 것 외에도, 증기 펌프로 가동되는 수력 송풍기는 더 높은 용광로 온도를 가능하게 했고, 더 높은 석회 비율을 사용할 수 있게 하여 목탄(목재 공급이 부족함)에서 코크로의 전환을 가능하게 했다.^[16]

웨일드의 철강업자들은 1760년대까지 주철을 생산했으며, 무기는 복원 이후 철의 주요 용도 중 하나였다.

8. 주철 구조물

주철은 구조물, 특히 다리와 건물 건설에 널리 사용되었다. 1770년대 후반 아브라함 더비 3세가 아이언 브리지를 건설하면서 구조용 주철 사용이 본격화되었고, 산업혁명 시기에는 주철 다리가 일반화되었다. 토마스 텔퍼드는 롱던온턴 수도교 등 여러 다리에 주철을 사용했다. 주철은 압축에 강한 특성을 가지고 있어 아치교 건설에 적합했다.

초기 철도에서는 주철 보 다리가 널리 사용되었으나, 1847년 디 다리 참사를 비롯한 여러 사고로 인해 안정성 문제가 제기되었다. 1879년 테이 철교 참사는 주철 사용에 대한 심각한 의문을 제기했고, 이후 많은 주철 다리가 연철이나 강철로 교체되었다. 1891년 노르우드 정션 철도 사고 이후, 1900년까지 수천 개의 주철 철도 교량 하부 구조물이 강철로 교체되었다.

주철은 건물에도 사용되었는데, 특히 공장 건물에서 기둥으로 사용되어 벽돌 건물의 두꺼운 벽 없이 다층 건물을 건설할 수 있게 했다. 19세기 중반까지 주철 기둥은 창고 및 산업 건물에서 일반적으로 사용되었으며, 철골 구조 초고층 건물 개발로 이어졌다. 주철은 장식용 외관에도 사용되었으며, 뉴욕 소호 지역에 많은 사례가 있다.

방직 공장에서는 화재 위험을 줄이기 위해 불연성 재료인 주철을 사용했다. 최초의 철골 구조 방직 공장은 슈롭셔주 슈루즈베리의 디더링턴에 건설되었다.^[17] 산업 혁명 동안 주철은 기계 골조 등에도 널리 사용되었다.^[18]

8. 1. 주철 교량

구조용 무쇠의 사용은 1770년대 후반 아브라함 더비 3세가 아이언 브리지를 건설하면서 시작되었지만, 콜브룩데일(Coalbrookdale)의 용광로에서와 같이 짧은 보는 이미 사용되고 있었다. 토마스 페인이 특허를 받은 발명품을 포함한 다른 발명품들이 뒤따랐다. 산업혁명이 탄력을 받으면서 주철 다리가 일반화되었다. 토마스 텔퍼드는 상류의 빌드워스(Buildwas)에 있는 다리에, 그리고 슈롭셔 운하(Shrewsbury Canal)의 롱던온턴(Longdon-on-Tern)에 있는 운하 수로인 롱던온턴 수도교에 이 재료를 사용했다. 이후 치크 수도교(Chirk Aqueduct)와 폰트키실테 수도교가 건설되었으며, 최근 복원 작업 이후에도 모두 사용되고 있다.

다리 건설에 주철을 사용하는 가장 좋은 방법은 모든 재료가 압축 상태에 있는 아치를 사용하는 것이었다. 주철은 석조물과 마찬가지로 압축에 매우 강하다. 연철은 다른 대부분의 철 종류와 마찬가지로, 그리고 대부분의 금속과 마찬가지로 인장력이 강하고, 또한 질기다 – 파괴에 대한 저항력이 있다. 구조적 목적으로 연철과 주철의 관계는 나무와 돌의 관계와 유사하다고 생각할 수 있다.

초기 철도에서는 리버풀과 맨체스터 철도의 맨체스터(Manchester) 종착역에 있는 1830년의 워터 스트리트 브리지(Water Street Bridge)와 같이 주철 보 다리가 널리 사용되었지만, 1847년 5월 체스터(Chester)에서 디 강을 가로지르는 체스터와 홀리헤드 철도를 운행하는 새로운 다리가 붕괴되어 5명이 사망하면서 그 사용에 대한 문제점이 너무나 분명해졌다. 이 디 다리 참사는 지나가는 기차에 의해 보의 중앙에 과도한 하중이 걸린 것이 원인이었고, 비슷한 많은 다리가 철거되고 종종 연철로 재건되어야 했다. 이 다리는 연철 스트랩으로 보강되어 구조를 강화한다고 잘못 생각되었는데, 설계가 잘못되었다. 보의 중앙부는 굽힘 상태가 되어, 아랫부분은 주철이 석조물과 마찬가지로 매우 약한 인장력을 받았다.

그럼에도 불구하고 1879년 테이 철교 참사가 주철 사용에 대한 심각한 의문을 제기할 때까지 주철은 부적절한 구조적 방식으로 계속 사용되었다. 테이 다리의 넥타이 바와 스트럿을 고정하는 중요한 러그는 기둥과 일체형으로 주조되었고, 사고 초기에 파손되었다. 또한 볼트 구멍도 드릴로 뚫은 것이 아니라 주조되었다. 따라서 주조의 드래프트 각도 때문에 넥타이 바의 장력은 구멍의 길이에 걸쳐 분산되는 것이 아니라 구멍의 가장자리에 가해졌다. 대체 다리는 연철과 강철로 건설되었다.

그러나 더 많은 다리 붕괴가 발생하여 1891년 노르우드 정션 철도 사고로 절정에 달했다. 영국 철도망의 다리 아래 주철에 대한 광범위한 우려로 인해 1900년까지 수천 개의 주철 철도 다리 아래 구조물이 결국 강철로 교체되었다.

8. 2. 주철 건물

주철 기둥은 공장 건물에서 처음 사용되었으며, 건축가들이 높이에 관계없이 벽돌 건물에서 필요한 매우 두꺼운 벽 없이 다층 건물을 건설할 수 있게 했다. 또한 공장의 바닥 공간과 교회 및 강당의 시야를 확보할 수 있게 해주었다. 19세기 중반까지 주철 기둥은 창고 및 산업 건물에서 일반적으로 사용되었으며, 단철 또는 주철 보와 결합되어 결국 철골 구조 초고층 건물의 개발로 이어졌다. 주철은 특히 미국에서 장식용 외관에도 때때로 사용되었으며, 뉴욕의 소호 지역에는 많은 사례가 있다. 또한 철제 건물(뉴욕 워터블릿)과 같이 완전히 조립식 건물에도 가끔 사용되었다.

8. 3. 방직 공장

방직 공장 내부 공기는 방적 과정에서 발생하는 목화, 삼, 양모 등의 가연성 섬유를 포함하고 있어 화재 위험이 매우 높았다.^[17] 이러한 문제를 해결하기 위해 불연성 재료로 공장을 건설하기 시작했으며, 가연성 목재 대신 주로 무쇠로 만든 철골 구조물을 사용하는 것이 편리하다는 사실을 알게 되었다. 최초의 철골 구조 방직 공장은 슈롭셔주 슈루즈베리의 디더링턴에 건설되었다.^[17] 무쇠 기둥과 보를 사용한 많은 창고들이 지어졌지만, 잘못된 설계나 결함, 과적재로 인해 건물 붕괴 및 구조적 결함이 발생하는 경우도 있었다.

산업 혁명 기간 동안 무쇠는 방직 공장의 방적기, 직기 등 기계의 골조와 고정 부품에도 널리 사용되었다.^[18] 무쇠 사용이 확대되면서 많은 도시에 산업 및 농업용 기계를 생산하는 주물 공장이 들어섰다.^[18]

참조

_[1] 서적 Elements of Metallurgy and Engineering Alloys https://archive.org/[...] ASM International 2008-01-01
_[2] 서적 Arms and the State: Patterns of Military Production and Trade Cambridge University Press 1995-08-01
_[3] 서적 Electrical Record and Buyer's Reference https://books.google[...] Buyers' Reference Company 1917-01-01
_[4] 서적 Metallurgy for the Non-Metallurgist https://books.google[...] ASM International
_[5] 서적 Troubleshooting manufacturing processes https://books.google[...] SME
_[6] 웹사이트 Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite in Iron Castings http://www.astm.org/[...]
_[7] 학술지 Chromium Carbides in Abrasion-Resistant Coatings https://link.springe[...] 2022-09-29
_[8] 학술지 Effect of Boron and Heat Treatment on Mechanical Properties of White Cast Iron for Mining Application
_[9] 서적 Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering Elsevier
_[10] 서적 A History of Metallurgy, Second Edition Maney Publishing, for the Institute of Materials
_[11] 서적 Iron and Steel in Ancient China BRILL
_[12] 서적 Science and Civilisation in China: Volume 5, Chemistry and Chemical Technology, Part 11, Ferrous Metallurgy Cambridge University Press 2008-05-01
_[13] 서적 The Genius of China: 3000 years of science, discovery and invention Simon and Schuster
_[14] 서적 The Origins of Iron Metallurgy in Africa https://unesdoc.unes[...] UNESCO Publishing 2004-01-01
_[15] 서적 Science and Civilisation in China: 5. Chemistry and Chemical Technology: part 11 Ferrous Metallurgy Cambridge University Press
_[16] 서적 A History of Metallurgy, Second Edition Maney Publishing, for the Institute of Materials
_[17] 웹사이트 Ditherington Flax Mill: Spinning Mill, Shrewsbury – 1270576 https://historicengl[...] 2020-06-29
_[18] 정보요청 2021-03-01
_[19] 웹인용 주철 https://stdict.korea[...] 국립국어원 2020-09-14
_[20] 웹인용 무쇠 https://opendic.kore[...] 국립국어원 2020-09-14
_[21] 웹인용 한민족언어정보화 http://korinfo.sejon[...] 한민족언어정보화 2012-06-27

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