연철

**연철**(鍊鐵, wrought iron)은 무쇠(2.1%~4.5%)나 저탄소 "연강"(0.25%)에 비해 탄소 함량이 매우 낮은(0.05% 미만) 철 합금이다. 연철은 퍼들법(puddling)이라고 알려진 공정에서 개방형 숯이나 코크스 화덕 또는 용광로에서 고탄소 무쇠를 가열하고 녹여서 제조한다. 고온은 과잉 탄소를 산화시키며, 이 과정을 달성하기 위해 철을 휘젓거나 퍼들링한다. 탄소 함량이 감소함에 따라 철의 녹는점이 상승하여 결국 화덕에서 도달할 수 있는 온도보다 높아지므로, 연철은 완전히 녹지 않은 상태에서 많은 불순물이 남게 된다.

무쇠에 대비되는 연철의 주요 장점은 가단성이다. 무쇠는 부서지기 쉬워 부러뜨리지 않고는 구부리거나 모양을 만들기 어려운 반면, 연철은 가단성이 매우 높아 구부리기가 훨씬 쉽다.

연철은 섬유질 슬래그 포유물(중량 기준 최대 2%)이 포함된 반용융 상태의 철 덩어리로, 부식되거나 구부러져 파괴될 때 나무와 같은 "결"이 나타난다. 연철은 인성이 강하고 가단성과 연성이 있으며, 부식에 강하고 단조 용접이 용이하지만, 전기 용접은 더 어렵다.

효과적인 제강 방법이 개발되고 대량의 강철을 사용할 수 있게 되기 전까지 연철은 가장 일반적인 가단성 철의 형태였다. 연철(wrought iron)이라는 이름은 용융된 슬래그를 배출할 수 있을 만큼 뜨거운 상태에서 망치질되거나(hammered), 압연되거나(rolled), 또는 다른 방식으로 가공되었기 때문에 붙여진 이름이다. 연철의 현대적 기능적 대안은 연강이다. 연철이나 연강 모두 가열 및 담금질로 경화될 만큼의 탄소를 포함하고 있지 않다.

연철의 성질은 사용된 철의 종류와 상대적으로 조잡하고 노동 집약적인 제조 공정에 내재된 가변성에 따라 달라진다. 일반적으로 탄소 함량이 매우 낮은 비교적 순수한 철에, 주로 긴 막대나 봉으로 만들기 위해 사용되는 열간 압연 공정으로 인해 형성된 섬유질 또는 층상 포유물인 소량의 규산염 슬래그가 포함되어 있다. 이러한 규산염 포유물은 철의 층을 분리하고 약한 평면을 형성하기 때문에 연철은 이방성을 가지며, 그 강도는 방향에 따라 달라진다. 연철은 일반적으로 질량 기준으로 약 99.4%의 철로 구성될 수 있다. 슬래그의 존재는 단조 용접과 같은 대장간 작업에 유익할 수 있는데, 이는 규산염 포유물이 융제 역할을 하며 재료에 독특한 섬유질 구조를 부여하기 때문이다. 슬래그 안의 규산염 필라멘트는 또한 철을 부식으로부터 보호하고 충격과 진동으로 인한 피로 효과를 줄여줄 수 있다.

역사적으로 적은 양의 연철이 강철로 정련되었으며, 이는 주로 도검, 커틀러리, 끌, 도끼 및 기타 날이 있는 도구뿐만 아니라 스프링과 줄을 생산하는 데 사용되었다. 연철에 대한 수요는 1860년대에 철갑함과 철도용으로 높은 수요를 보이며 정점에 달했다. 그러나 제철 기술의 발전으로 연강의 품질이 향상되고, 베서머 법과 지멘스-마틴법(평로법)이 강철을 생산하기 훨씬 저렴하게 만들면서 연철의 사용은 감소했다.

연강으로 만들어지기 전의 많은 품목들이 연철로 생산되었는데, 여기에는 리벳, 못, 철사, 사슬, 궤도, 철도 연결기, 수도 및 증기 파이프, 암나사, 나사못, 편자, 난간, 마차 바퀴 테, 목재 지붕 트러스용 스트랩, 장식용 철물 등이 포함된다.

연철은 더 이상 상업적인 규모로 생산되지 않는다. 오늘날 보호 난간, 정원 가구, 대문 등으로 묘사되는 많은 제품들은 실제로는 연강으로 만들어진다. 그것들이 "연철"이라고 불리는 이유는 과거에 대장장이에 의해 수작업으로 가공된(wrought) 물건들과 닮았기 때문이다(비록 울타리와 대문을 포함한 많은 장식용 철물들이 실제로는 단조된 것이 아니라 주조된 경우가 많았음에도 불구하고).

## 용어
"Wrought"라는 단어는 동사 "to work"(가공하다)의 고어적 과거분사이며, 따라서 "wrought iron"은 문자 그대로 "가공된 철"을 의미한다. 연철은 상품을 일컫는 일반적인 용어이기도 하지만, 대장장이가 제조한 완성된 철제품을 구체적으로 지칭할 때도 사용된다. 영국의 세관 기록에서는 이러한 좁은 의미로 사용되었으며, 이러한 가공된 철은 "가공되지 않은"(unwrought) 철보다 더 높은 관세율이 적용되었다. 연철과 달리 무쇠는 부서지기 쉬워 뜨겁거나 차가운 상태에서 가공할 수 없다.

17, 18, 19세기에 연철은 형태, 원산지 또는 품질에 따라 매우 다양한 용어로 불렸다.

초기 제련로 공정이 광석에서 직접 연철을 생산한 반면, 정련로와 퍼들로에서는 무쇠나 선철이 시작 재료로 사용되었다. 선철과 무쇠는 연철보다 탄소 함량이 높지만 철이나 강철보다 녹는점이 낮다. 무쇠와 특히 선철은 과도한 슬래그를 포함하고 있어 양질의 연철을 생산하기 위해서는 이를 최소한 부분적으로 제거해야 한다. 제철소에서는 주물(casting)의 물리적 특성을 개선하기 위해 고철 연철을 무쇠와 혼합하는 것이 일반적이었다.

베서머 강철과 평로 강철이 도입된 후 몇 년 동안 철과 강철을 구분하는 기준에 대해 다양한 의견이 있었다. 일부는 화학적 조성이 기준이라고 믿었고, 다른 이들은 철이 녹아서 "융합"(fuse)될 정도로 충분히 가열되었는지 여부가 기준이라고 믿었다. 결국 정해진 저탄소 농도 이하에서는 성분보다 융합 여부가 상대적으로 더 중요하다는 것이 일반적으로 받아들여졌다. 또 다른 차이점은 강철은 열처리를 통해 경화될 수 있다는 점이다.

역사적으로 연철은 "상업적으로 순수한 철"로 알려졌으나, 현재 상업적으로 순수한 철에 대한 표준은 탄소 함량이 0.008 중량% 미만이어야 하므로 더 이상 그 요건을 충족하지 못한다.

### 유형 및 형태
바 아이언(Bar iron)은 무쇠와 구별하기 위해 가끔 사용되는 일반적인 용어이다. 이는 취급, 보관, 운송 및 완제품으로의 추가 가공에 편리한 형태인 금속 주괴와 동등한 개념이다.

막대(bars)는 정련로의 통상적인 생산물이었으나, 반드시 그 공정으로만 만들어진 것은 아니다:
* 로드 아이언(Rod iron) — 슬리팅 밀에서 평평한 바 아이언을 절단한 것으로 스파이크와 못의 원료가 되었다.
* 후프 아이언(Hoop iron) — 배럴의 테에 적합하며, 로드 아이언을 압연 다이에 통과시켜 만든다.
* 플레이트 아이언(Plate iron) — 보일러 판으로 사용하기에 적합한 시트.
* 흑판(Blackplate) — 시트로, 양철 생산의 흑색 압연 단계에서 생산된 플레이트 아이언보다 얇을 수 있다.
* 보이지 아이언(Voyage iron) — 좁고 평평한 바 아이언으로, 특정 무게의 막대로 만들어지거나 절단되어 아프리카에서 대서양 노예 무역용 상품으로 판매되었다. 톤당 막대 수는 1660년대 톤당 70개에서 1685년 75~80개, 1731년에는 "톤당 거의 92개"로 점차 증가했다.

### 원산지
* 숯 철(Charcoal iron) — 18세기 말까지 연철은 초기 제련로 공정을 통해 숯을 사용하여 광석에서 제련되었다. 연철은 또한 정련로나 랭커셔 화덕을 사용하여 선철로부터 생산되기도 했다. 결과물인 금속은 화학 성분과 슬래그 함량 모두에서 가변성이 매우 컸다.
* 퍼들 철(Puddled iron) — 퍼들 공정은 연철을 생산한 최초의 대규모 공정이었다. 퍼들 공정에서는 석탄이나 코크스의 유황으로 인한 철의 오염을 방지하기 위해 반사로에서 선철을 정련한다. 용융된 선철을 수동으로 저어 철을 대기 중의 산소에 노출시킴으로써 철을 탈탄시킨다. 철을 저으면서 연철 덩어리들이 교반봉에 의해 공 모양으로 모이는데, 퍼들러가 이를 주기적으로 제거한다. 퍼들법은 1784년에 특허를 받았고 1800년 이후 널리 사용되었다. 1876년경 영국에서만 퍼들 철의 연간 생산량이 400만 톤을 넘었다. 그 무렵 평로에서 구조용으로 적합한 품질의 강철을 생산할 수 있게 되면서 연철 생산은 쇠퇴하기 시작했다.
* 오레그라운즈 철(Oregrounds iron) — 스웨덴 단네모라 광산의 철광석으로 만든 특히 순도가 높은 등급의 바 아이언이다. 가장 중요한 용도는 제강의 침탄 공정을 위한 원료였다.
* 덩크스 철(Danks iron) — 원래 그단스크에서 영국으로 수입된 철이었으나, 18세기에는 그단스크에서 왔던 종류의 철(스웨덴 동부산)을 의미하게 되었다.
* 포레스트 철(Forest iron) — 영국의 딘 숲(Forest of Dean)에서 생산된 철로, 적철석 광석을 통해 질긴 철을 생산할 수 있었다.
* 루크스 철(Lukes iron) — 네덜란드 이름이 "Luik"인 리에주에서 수입된 철.
* 에임스 철(Ames iron) — 북유럽에서 영국으로 수입된 또 다른 종류의 철. 원산지는 아미앵으로 제안되기도 하지만, 15세기에는 플란데런에서, 나중에는 홀란트에서 수입된 것으로 보아 라인강 유역이 원산지일 것으로 추정된다. 그 기원은 논란의 여지가 남아 있다.
* 보톨프 철(Botolf iron) — 비투프(폴란드 포메라니아) 또는 비톰(폴란드 실레시아)산.
* 세이블 철(Sable iron) — 러시아 제철업자인 데미도프 가문의 문장(검은담비)이 찍힌 철로, 러시아 철 중 더 나은 브랜드 중 하나였다.

### 품질
; 질긴 철 (Tough iron): "tuf"라고도 쓰며, 부서지지 않고 도구로 사용하기에 충분히 강하다.
; 혼합 철 (Blend iron): 서로 다른 종류의 선철을 섞어서 만든다.
; 최상급 철 (Best iron): (19세기 기준) 최고의 품질로 간주되는 단계에 도달하기 위해 여러 단계의 적층(piling)과 압연 공정을 거친 철.
; 마크드 바 아이언 (Marked bar iron): 마크드 바 협회(Marked Bar Association) 회원들이 제조하고 품질의 표시로 제조사의 브랜드 마크를 찍은 철.

### 결함
연철은 탄소 0.10% 미만, 황, 인, 규소 및 망간의 총 불순물 0.25% 미만, 중량 대비 슬래그 2% 미만을 포함하는 상업용 철의 한 형태이다.

연철에 과도한 양의 황이 포함되어 있으면 적열취성(redshort) 또는 열간취성을 갖는다. 냉간 시에는 충분한 인성을 가지나, 적열 상태에서 구부리거나 가공하면 균열이 생긴다. 열간취성 철은 시장성이 없는 것으로 간주되었다.

청열취성(Cold short) 철은 과도한 인을 포함하고 있다. 차가울 때 매우 부서지기 쉬우며 구부리면 균열이 생긴다. 그러나 고온에서는 가공이 가능할 수도 있다. 역사적으로 청열취성 철은 못용으로 충분한 것으로 간주되었다.

인은 반드시 철에 해로운 것만은 아니다. 고대 근동의 대장장이들은 화덕에 석회를 넣지 않았다. 슬래그에 산화 칼슘이 없고 제련 중에 인 함량이 높은 나무를 의도적으로 사용하면 현대 철(

## 외부 링크
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