주철 vs 단철: 핵심 차이점 완벽 이해

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일부 엔지니어와 설계자는 '주철(cast iron)'이 초기 철 작업을 지칭한다고 생각하거나, 모든 초기 철 작업이 '단철(wrought iron)'이었다고 생각하거나, 둘 다 사실이라고 생각할 수 있습니다. 둘 다 틀렸습니다.

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이 기사는 2023년 1월 9일 업데이트되었습니다. 원래 2016년 4월 1일 게재.

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단철과 주철의 차이는 명확합니다: 주철은 녹여서 주형에 붓고 식힌 것입니다. 단철은 가열한 후 도구로 단련(가공)한 것입니다. (참고: 'wrought'라는 용어는 'worked(가공된)'라는 단어에서 유래했습니다.)

이 두 가지 일반적인 철 형태의 더 자세한 차이점은 다음과 같습니다.

주철은 2~4% 탄소를 함유하고 실리콘과 망간을 소량, 황과 인 같은 불순물을 포함한 철 합금의 총칭입니다. 가장 흔한 합금은 회주철(gray iron)입니다.

주철은 철광석을 제련하거나 선철(철광석 추출 산물)을 녹여 스크랩 금속과 다른 합금과 섞은 뒤 용융 혼합물을 주형에 부어 식혀 굳히는 방식으로 형성됩니다. 이는 여러 물질이 다른 상(phase)으로 포함된 불균질 합금으로 굳습니다. 각 주철 합금의 특정 물질과 상은 물리적 특성에 영향을 줍니다.

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주철 부품을 만드는 공장 노동자가 용해로 근처에 서 있다.

주철은 단철이나 강철보다 더 단단하고 부서지기 쉬우며 연성이 낮습니다. 구부리거나 늘리거나 망치로 두드려 모양을 만들 수 없습니다. 인장 강도가 거의 없어 구부러지거나 뒤틀리기 전에 파손됩니다. 긍정적인 면으로는 높은 압축 강도를 가져 20세기 초 강철이 보급되기 전 건축물 건설에 필수적이었습니다.

강철과 비교해 주철은 녹는점이 낮습니다. 더 유동적이고 주형 소재와 반응이 적어 주조에 적합합니다. 단철 버전 부품을 단조하는 것보다 주조로 부품을 만드는 데 노동력이 훨씬 덜 듭니다. 이 덕분에 주철은 18~19세기에 주요 소재로 쓰였습니다. 건설 분야에서는 강철로 대체되었지만 여전히 많은 산업 용도에 쓰입니다.

단철은 주로 철에 1~2% 슬래그(철광석 제련 부산물로 규소, 황, 인, 알루미늄 산화물 혼합물)가 첨가된 것입니다. 제조 과정에서 철을 열에서 꺼내 아직 뜨거울 때 망치로 두드려 최종 형태를 만듭니다.

단철은 주철보다 부드럽고 연성이 높습니다. 또한 매우 가단성이 뛰어나 가열·재가열해 다양한 형태로 가공할 수 있습니다. 사실 더 많이 가공할수록 더 강해집니다.

Darryl Brooks/Dreamstime

이 단철 울타리는 도장과 유지보수를 하면 녹슬지 않습니다.

단철은 주철보다 인장 강도가 훨씬 높아 건설용 수평 보에 더 적합합니다. 일반적으로 피로에 강하고 용량을 훨씬 초과해 과부하가 걸리거나 강한 열에 노출되어 변형되지 않는 한 파괴 없이 변형됩니다.

주철처럼 19세기 내내 건물 건설에 널리 쓰였지만 20세기 들어 강철로 대체되었습니다. 오늘날 단철은 주로 장식용으로 쓰입니다.

노출된 금속 표면에 산소와 습기가 닿으면 주철과 단철 모두 부식됩니다. 구리나 알루미늄처럼 보호 산화 피막을 형성하는 금속과 달리, 철은 충분한 시간이 지나면 완전히 녹슬어 떨어져 나갑니다. 이로 인해 강우와 습도가 있는 실외 환경에서 주철·단철 부품과 조립체는 문제가 됩니다.

녹을 방지하려면 철 제품을 코팅해 맨 금속이 노출되지 않게 해야 합니다. 페인트가 맨 금속 보호에 흔히 쓰입니다. 분체 도장도 또 다른 방법으로, 통행량이 많은 실외 가구에 적합합니다. 분체 도장은 내구성이 뛰어나고 오랜 기간 퇴색, 벗겨짐, 갈라짐이 없습니다.

이 기사를 쓴 브래드 던(Brad Done)은 캐나다 브리티시컬럼비아의 Reliance Foundry Co. Ltd. 부사장이었습니다.