mecㆍviewer v1.0 :: 한국전통문화연구_30호

409

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

박선*

양영주**

정광용***

서론

II. 연구 대상 및 방법

1. 연구 대상
2. 연구 방법

III. 연구 결과

1. 망치
2. 모루
3. 집게
4. 철부

IV. 고찰

1. 장수 장계리 고분군 출토 철기의 제작기술
2. 단야구 및 공구류 분석 사례와의 비교

V. 결론

국문초록

본 연구에서는 장수 장계리 고분군 출토 철기에 대한 금속학적 분석을 실시하

고, 단야구 및 공구류 분석 사례와의 비교를 통하여 장수지역의 철기제작기술 특

징을 알아보고자 하였다.

금속학적 분석은 장수 장계리 고분군 8호분과 9호분에서 출토된 망치, 모루,

집게, 철부를 대상으로 실시하였다. 분석방법으로는 금속현미경을 이용한 미세조

한국전통문화대학교 문화유산전문대학원 문화재수리기술학과, 석사과정.

전북문화재연구원.

***

한국전통문화대학교 기술과학대학 문화재보존과학과 교수, 교신저자.

제30호

410

직 관찰, 주사전자현미경 및 그에 부착된 에너지 분산형 분광분석기를 이용한 비

금속개재물 성분분석을 진행하였으며, 각 조직상의 특징과 비금속개재물의 구성

성분에 대한 정보를 확인하였다. 분석결과를 유물의 부위별로 비교하여 철기제작

에 사용된 원재료와 가공 기술을 알아보았다. 그 결과 장계리 고분군 출토 망치,

모루, 집게, 철부는 고체저온환원법으로 생산된 아공석강과 공석강, 과공석강을

소재로 철기를 제작하였으며, 망치는 강도가 요구되는 두부의 탄소함량이 더 높

은 것으로 관찰되었다. 별도의 열처리 흔적은 확인되지 않았다. 연구결과를 바탕

으로 단야구와 기타 철기류가 함께 출토되어 분석이 행해진 증평 화성리 유적 및

완주 상운리 유적 연구를 비교대상으로 선정하여 해당 유적에서 출토된 철기의

금속학적 분석결과와 비교하였다. 이를 통해 부장된 단야구 및 공구류 제작기술

의 차이점을 확인하였다.

장수 장계리 고분군 출토 철기 분석 결과와 더불어 향후 단야구와 단야구로 만

들어진 철기의 금속학적 분석 결과 데이터가 축적된다면 단야구 제작에 사용된 원

재료 및 가공 기술 특징을 자세히 파악할 수 있고 더 나아가 장수지역의 철기제작

기술을 추론하고 시대·지역적으로 분류하여 비교할 수 있을 것으로 기대된다.

주제어

단야구, 단조, 삼국시대, 장계리, 미세조직

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

411

I. 서론

철(Fe, 鐵)은 고대 인류에게 청동기를 대체할 수 있는 강하고 실용적

인 금속으로 인식되었으며, 그 이래로 활발하게 생산되고 생산 기술

또한 계속해서 발전하였다. 철기를 생산하는 제작공정은 제련, 정련,

용해, 단야 단계로 구분할 수 있는데, 그중 단야 단계에서는 대장간에

서 소재를 잡고 이를 망치로 두드린 후 다시 열처리 가공을 반복하는

단조작업이 행해진다. 이러한 작업은 철기를 오랜 기간동안 사용하면

서 무뎌진 날이나 재질을 강화하기 위해 행하는 열처리 가공기술로

당시 철기 가공기술을 보여준다.

이와 같이 대장장이가 철물을 집고 두드릴 때 사용되는 단야구(鍛冶

具

)

는 철기의 단조 가공을 목적으로 하는 도구복합체로서 망치, 집게,

줄, 모루 등이 이에 해당한다. 단야구는 주로 망치와 집게가 공반된 상

태로 출토되며, 단독으로 출토된 사례도 있다.

2 망치는 철기 소재를

두드려 제작자가 의도하는 철기로 성형하는 데 사용되는 도구로서,

3 5

세기 이후에는 머리 부분이 한쪽은 망치, 다른 쪽은 도끼날을 가진 망

치가 출토된다. 이는 고도의 단조 기술인 접고 두드리는 반복적인 작

업을 요구하는 무구류의 제작이 활발해져 이들 장인이 최고의 공인집

단으로 인정을 받고 이를 지배층이 관리 및 장악했기 때문에 무덤에

차순철, ｢단야구 소유자에 대한 연구｣,뺷문화재뺸 36, 국립문화재연구소, 2003, p.159.

차순철, 앞의 논문, 2003, p.164.

김승옥ㆍ이보람, ｢原三國~三國時代鍛冶具硏究 –完州上雲里遺蹟을 中心으로-｣, 뺷중앙고
고연구뺸 9, 중앙문화재연구원, 2011, p.56.

제30호

412

부장한 것으로 추정된다.

4 집게는 철기 가공과정에서 원재료가 되는

철물을 고정시키거나 뜨겁게 달궈진 도가니와 같은 도구를 잡는 데 이

용된다.

5 모루는 철기유물을 단접 또는 단조로 철괴를 두드려 만들 때

그 받침의 역할을 하며,

6 줄은 단야작업이 끝난 이후에 쇠붙이를 벼리

거나 이미 제작된 철제품의 날을 세울 때 사용했던 도구이다.

이처럼 단야구는 철제 무기ㆍ농공구 등을 제작하기 위한 목적성이

뚜렷한 특징을 지녔으며 철기를 전문적으로 제작하는 특정 장인집단

계층의 존재를 보여주는 단서이다.

8 또한 단야구의 용도별로 요구되

는 철기 제작기술(침탄ㆍ탈탄ㆍ열처리)의 사용 여부를 확인할 수 있다.

따라서 단야구를 통해 철의 생산부터 철기의 제작까지 응축된 제작기

술을 파악할 수 있다.

단야구에 대한 연구는 1980년대 후반부터 이루어졌다. 주로 시대

별 출토 사례와 단야구 크기ㆍ형태에 따른 기능과 용도 연구, 부장양

상과 피장자의 사회적 계층 추정에 대하여 연구되었다(최헌섭, 1989; 송

계현, 1995; 윤종균, 1998; 차순철, 2003; 이동완, 2003; 김대환, 김은주 외, 2005; 김은

주, 2006; 김도헌, 2007; 김승옥 외, 2011).

금속학적 연구 사례를 살펴보면,

미세조직 및 비금속개재물의 금속학적 특성을 분석하여 유물의 1차

윤종균, ｢古代鐵生産에 대한 一考察 -中南部地域의 考古學的成果를 中心으로-｣, 전남대학
교대학원 석사학위 논문, 1998, p.27.

김은주, ｢三國時代鍛冶具硏究 -嶺南地方을 中心으로-｣, 영남대학교대학원 석사학위 논
문, 2006, p.42.

김은주, 앞의 논문, 2006, p.56.

김승옥, 이보람, 앞의 논문, 2011, p.60.

김승옥, 이보람, 앞의 논문, 2011, p.51.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

413

소재와 제작기술을 추정하였으며 이를 통해 지역별ㆍ시대별 철기 제

작기술을 파악하였다(이재성, 김수기, 2006; 황찬수, 2011; 조수하, 2012; 김수기,

2012; 이상화, 2018).

본 연구에서는 이러한 선행연구를 바탕으로 전라북도 장수군에서

처음 출토된 단야구와, 그와 함께 출토된 공구류를 대상으로 미세조

직 관찰 및 비금속개재물 성분분석을 실시하여 장수지역의 철기제작

기술을 파악하고자 하였다.

전북 동부 산악지대의 가장 동쪽에 위치한 장수군은 모든 지역이

해발 400m 내외 되는 전형적인 고원지대를 이루고 있다.

9 장수지역

에는 가야문화를 기반으로 성장했던 세력집단이 남긴 200여 기의 고

총들이 분포하며, 29개소의 제철유적이 광범위하게 분포하고 있다.

그중 장계리 고분군 8ㆍ9호분에서는 개배, 방추차, 망치, 모루, 집게,

철겸 등이 출토되었으며, 함께 출토된 토기류는 장수지역 가야고분에

서 주로 출토되고 있는 장수지역 제작 재지계 토기로 확인된다.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 분석결과를 바탕으로

장수 장계리 고분군의 단야구와 단야구로 제작된 철제품의 1차 소재

에 대한 정보를 파악하고, 용도에 따라 제강기술이 달리 적용되었는

지 확인하고자 하였다. 또한 단야구 및 기타 공구류가 함께 출토된 유

적의 분석사례와 제작기술을 비교하여 장계리 고분군에서 출토된 철

곽장근, 뺷고고학으로 이해하는 장수의 역사와 문화뺸, 서경, 2001, p.15.

전북문화재연구원ㆍ장수군, ｢장수 장계리 고분군 –8ㆍ9호분-｣, 遺蹟調査報告第132冊,
2022, p.36, 170-171.

제30호

414

기의 특징을 파악하고자 하였다.

II. 연구 대상 및 방법

1. 연구 대상

연구 대상은 장수 장계리 고분군의 8ㆍ9호분에서 출토된 철기유물

로, 함께 출토된 총 19점의 철기 유물을 용도에 따라 단야구(망치, 집

게)

와 농공구(철부, 철겸), 무기(철촉, 환두병부편, 철사편), 기타(철환편)로 분

류하였고, 이 중 단야구와 공구류 총 4점(망치, 모루, 집게, 철부)을 선정

하였다(<표 1>, <그림 1>).

호분에서 출토된 망치는 소형 망치로, 두부는 방형, 신부는 역삼

각형이다. 양쪽 두부에 사용에 의한 마모흔이 확인된다(<그림 1-A>). 목

병공에는 자루를 장착했던 세로결의 목질흔이 부착되어 있다. 모루는

장방형으로 크기가 작아 섬세한 가공을 하기 위한 것이나 부장을 위

한 축소모형철기로 생각해볼 수 있다(<그림 1-B>). 집게는 집게부 끝부

분과 손잡이부 일부가 결실된 상태이다(<그림 1-C>). 9호분에서 출토된

철부는 단조철부로, 공부 결합부 입구가 타원형으로 철판을 두드려

양쪽에서 말아 붙여 이음매가 붙어 있는 형태이다(<그림 1-D>).

분석 대상 유물 선정 후 철기제작 시 부위별(두부, 신부) 적용된 제작

전북문화재연구원, 장구군, 앞의 보고서, 2022, p.89-92, 152.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

415

<그림 1>

시료 채취 위치: (A) 망치, (B) 모루, (C) 집게, (D) 철부

No.

유물명

분석위치

시대

출토위치

분석방법

망치

두부

삼국시대

8호분 주곽

금속현미경,

SEM-EDS

신부(1)
신부(2)

모루

두부

삼국시대

8호분 주곽

신부

집게

집게부(1)

삼국시대

8호분 주곽

집게부(2)

철부

신부

삼국시대

9호분 주곽

<표 1>

장수 장계리 고분군[8, 9호분] 출토 분석대상 철기 목록

기술에 차이가 있는지를 알아보고자 유물의 부위별로 시료를 수습하

였다. 시료별 분석 위치는 <표 1>, <그림 1>과 같다.

제30호

416

2. 연구 방법

(1)

미세조직 관찰

철기유물의 시편 일부분을 채취하고 에폭시 수지를 사용하여 마운

팅을 실시하였다. 마운팅된 시료는 #400부터 #4,000까지 순차적으

로 연마한 다음 1, 3㎛(Polycrystalline Diamond Suspension, Metallurgical Supplies,

US)

로 미세연마를 실시하였다. 연마가 완료된 시편은 Nital(Nitric acid in

Ethyl alcohol) 3%

용액에 수 초간 침적시켜 부식시켰다. 그 후 금속현

미경(Epiphot 200, Nikon, JP)을 이용하여 조직 전체를 50배율로 관찰하

고, 특징적인 조직은 100-500배율로 정밀 관찰하였다.

(2)

비금속개재물 성분분석

비금속개재물의 성분분석을 위해 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron

Microscope, Model: SU-3800, HITACHI, JP)

을 사용하여 전압은 15.0㎸, 배율

은 550-3,000배율로 촬영하였으며, 화학조성을 알아보기 위해 주사

전자현미경에 부착된 에너지 분산형 분광분석기(EDS: Energy Dispersive

Spectro meter, Model: ULTIM MAX-40, Oxford, GBR)

를 이용하여 분석하였다.

시료는 분석 전에 백금(pt)으로 코팅하여 시료의 전도도를 향상시키고

성분분석 결과에 미치는 영향을 최소화하였다.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

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III. 연구 결과

1. 망치

(1)

미세조직 관찰 결과

망치의 미세조직 관찰결과 전체적으로 ferrite 조직과 pearlite 조

직이 혼재되어 있다(<그림 2>). 두부에 부분적으로 보이는 침상 ferrite

조직은 widmansätten-ferrite 조직의 일부일 가능성이 있다(<그림

2-A-➀>).

신부 분석위치는 두부와 가까운 위치에 해당하며, 순철에 가

까운 조대한 크기의 ferrite 조직과 그 사이에 미세한 pearlite 조직이

관찰되었고(<그림 2-B-➁, C-➀>), 신부에서 채취한 다른 시료인 <그림

2-C>

의 경우 좌측에서 우측으로 갈수록 비교적 탄소함량이 높은

pearlite

조직이 다수 관찰된다. 이를 통해 우선 낮은 탄소 함량의 소

재로 제작 후 표면에 침탄을 실시한 것으로 추정할 수 있으나, 시료량

의 한계로 인하여 전체적인 조직을 확실히 파악하는 데 한계가 있다.

따라서 망치는 순철에 가까운 탄소 함량을 가진 소재를 사용하여 제

작한 것으로 추정되며, 별도의 열처리 공정은 확인되지 않는다.

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418

<그림 2>

망치 미세조직 관찰 결과(A: 두부, B: 신부1, C: 신부2)

(2)

비금속개재물 성분분석 결과

망치 조직 내의 비금속개재물은 <그림 3>과 같고, 이를 성분분석한

결과는 <표 2>와 같다. <그림 3>의 2ㆍ4ㆍ7지점은 Fe 함량이 약

66~76wt%

로, Fe와 O가 주성분인 bead type의 wüstite(FeO)로 추

정된다. <그림 3>의 1ㆍ3ㆍ5ㆍ6지점은 주성분으로 Fe 함량이 약

31~56wt%, Si

함량이 약 12~17wt%로 검출되어 fayalite로 추정되

며, 이외에도 Al, Ca, K 등 미량성분이 각각 약 2~8wt%로 비교적 높

게 검출되었다.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

419

분석
위치

성분(wt%)

Total

22.79 0.10 0.24 0.30 0.17 0.19

0.04 0.05 0.16 0.04 75.93 100

22.64 0.04 0.17 0.37 0.17

0.01

0.02 0.12 0.02 76.45 100

25.54 0.21 1.52 1.09 3.26 0.08 0.02 0.53 0.67 0.21 0.07 66.80 100

30.67 0.09 0.02

12.03 0.53

0.02 0.59 56.05 100

36.65 0.57 0.52 4.22 17.22 0.56 0.01 2.79 6.10 0.06 0.10 31.20 100

33.98 0.52 0.59 3.59 14.17 0.34 0.02 2.04 3.27 0.06 0.09 41.33 100

35.17 0.81 1.79 3.62 14.31 0.71 0.03 2.75 8.65 0.11 0.10 31.96 100

<표 2>

망치의 비금속개재물 성분분석결과(SEM-EDS)

<그림 3>

망치 두부(A)ㆍ신부(B, C, D) 비금속개재물의 SEM-EDS 분석위치

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420

<그림 4>

모루 미세조직 관찰 결과(A: 두부, B: 신부)

2. 모루

(1)

미세조직 관찰 결과

모루의 미세조직 관찰결과 두부에 전체적으로 pearlite 조직이 관

찰되며 그 사이에 초석 cementite 조직이 관찰되는 것으로 보아 과

공석강의 조직 형태임을 알 수 있다(<그림 4-A>). 신부는 전체적으로

ferrite

바탕조직에 미세한 pearlite 조직이 혼재되어 있으며, wid-

mans

ätten-ferrite 조직으로 추정되는 침상의 ferrite 조직이 일부

관찰된다(<그림 4-B>).

(2)

비금속개재물 성분분석 결과

모루 조직 내의 비금속개재물은 <그림 5>와 같고, 이를 성분분석한 결

과는 <표 3>과 같다. <그림 5>의 1ㆍ8지점은 Fe 함량이 약 72~74wt%,

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

421

<그림 5>

모루 신부 비금속개재물의 SEM-EDS 분석위치

함량이 약 23wt%인 wüstite인 것으로 확인된다. 비교적 백색을 띠

는 <그림 5>의 4ㆍ6지점은 Fe 함량이 약 50~62wt%, O의 함량이 약

26~29wt%

로, 미량성분으로는 Si, Ca, Mg, Al 등이 약 1~7wt% 정

도 검출되었다. 따라서 유리질 slag가 일부 혼재된 wüstite로 추정된

다. 바탕부인 <그림 5>의 2ㆍ3ㆍ7지점은 주성분으로 Fe, Si, Ca 함량

이 약 15~19wt%로 검출되었으며, 이외에 Al, K, Mg가 미량으로 검

출되어 fayalite로 추정된다. <그림 5>의 9ㆍ10ㆍ11지점 또한 Fe 함

량이 약 37~42wt%, Si 함량이 약 11~13wt%로 검출되었으며, 미량

성분으로 Ca, Al, Mg, K 등이 확인되어 fayalite로 추정된다. <그림

의 5지점의 경우 Fe 함량이 약 19wt%, Al 함량이 약 27wt%로 높

게 측정되었으며, 이외에 Mg, Si, Ca 등 미량성분이 검출되었다.

제30호

422

분석
위치

성분(wt%)

Total

23.36

0.28

2.74

0.28

0.04

0.14

0.01

0.03

0.41

72.67

100

23.00

0.02

1.43

0.28

0.06

0.14

0.11

0.10

0.21

74.65

100

38.06

0.51

2.06

4.68

16.21

1.21

0.01

2.68

16.44

0.10

0.33

17.72

100

38.07

0.26

2.70

4.76

16.18

0.62

0.01

0.85

16.98

0.45

0.06

19.07

100

37.49

0.27

0.79

4.97

15.33

1.01

1.88

19.88

0.28

0.13

17.96

100

29.94

0.20

2.94

2.48

7.14

0.33

0.01

0.33

6.06

0.48

0.08

50.01

100

26.43

0.15

2.96

1.91

2.89

0.20

0.13

2.19

0.48

0.08

62.58

100

34.32

0.54

1.46

3.63

12.92

1.13

1.93

6.03

0.17

0.77

37.09

100

34.25

0.47

1.39

3.69

13.19

0.78

1.95

6.16

0.21

0.72

37.19

100

32.82

0.51

1.36

3.29

11.53

0.70

1.74

5.14

0.21

0.68

42.03

100

39.74

0.08

7.06

27.28

3.25

0.21

0.13

2.56

0.37

0.08

19.24

100

<표 3>

모루 신부의 비금속개재물 성분분석결과(SEM-EDS)

3. 집게

(1)

미세조직 관찰 결과

집게의 미세조직 관찰결과 전체적으로 pearlite 조직이 분포하고

있으며, pearlite 결정립계를 따라 침상의 과열조직인 widmanstät-

ten-ferrite

조직이 나타난다. widmanstätten-ferrite 조직이 부분적

으로 망상의 형태를 보이고 있다(<그림 6-A-➀>). <그림 6>의 A와 같이

시료 형태 및 크기에 따른 한계로 인해 시료 전체의 미세조직을 파악

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

423

<그림 6>

집게 미세조직 관찰 결과(A: 집게부1, B: 집게부2)

하기 어려우나 <그림 6>의 A, B를 종합한 결과, 공석강에 가까운 탄

소함량을 가진 소재로 제작되었을 것으로 추정된다(<그림 6>).

(2)

비금속개재물 성분분석 결과

집게 조직 내의 비금속개재물은 <그림 7>과 같고, 이를 성분분석한

결과는 <표 4>와 같다. <그림 7>의 1ㆍ2ㆍ3ㆍ5지점은 Si 함량이 약

25~27wt%

로, 이외에 Al, Ca, Fe, K, Mg 등 미량성분의 함량이 높은

것으로 보아 광물에 가까운 유리질 slag로 판단된다. 가느다란 막대

형태의 <그림 7>의 4지점도 앞의 분석위치와 유사하게 성분 함량이

측정되어 유리질 slag로 추정되며, Al의 성분이 약 32wt%로 비교적

높게 검출되었다.

제30호

424

분석
위치

성분(wt%)

Total

45.17 0.42 2.31 7.55 26.62 0.06

2.49 11.11 0.55 0.31 3.41

100

45.37 0.48 1.69 8.40 26.80 0.05 0.02 2.71 9.43 0.66 0.30 4.07

100

46.41 0.42 0.96 11.10 27.73 0.07

4.98 2.85 0.92 0.17 4.41

100

45.99 0.32 1.00 12.48 25.94 0.05

3.89 3.83 0.80 0.19 5.50

100

46.97 0.19 0.39 32.48 13.78 0.11

1.86 1.35 0.45 0.11 2.32

100

<표 4>

집게의 비금속개재물 성분분석결과(SEM-EDS)

<그림 7>

집게 집게부(1)의 SEM-EDS 분석위치

4. 철부

(1)

미세조직 관찰 결과

철부 신부의 미세조직 관찰결과 전체적으로 pearlite 바탕조직이

넓게 분포하고 있으며(<그림 8>), 결정립계에 가늘고 긴 cementite 조

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

425

<그림 8>

철부 신부 미세조직 관찰 결과

직이 일부 형성되어 있다(<그림 8-A-➁>). 이를 통해 철부는 과공석강에

가까운 소재로 제작되었을 것으로 추정된다.

(2)

비금속개재물 성분분석 결과

철부의 비금속개재물은 일부 방향성을 띠고 있으며, <그림 9>의 비

금속개재물을 분석한 결과는 <표 5>와 같다. 비금속개재물 성분분석

결과 <그림 9>의 1ㆍ2지점은 주성분으로 Si, Ca, Al, K, Fe, Mg, O

등이 검출되었으며, Si 함량이 약 20~21wt%로 비교적 높게 측정되

어 광물에 가까운 유리질 slag로 보인다. <그림 9>의 3지점은 분석위

치 1, 2와 같이 Si 함량이 약 23wt%인 유리질 slag로 추정되며, Ca

함량이 31.66wt%로 상대적으로 높게 검출되었다.

제30호

426

<그림 9>

철부 신부의 SEM-EDS 분석위치

분석
위치

성분(wt%)

Total

42.45 0.45 2.37 8.33 20.97 0.14

4.23 19.26 0.47

1.33

100

41.90 0.19 0.87 9.25 21.46 0.15 0.01 10.39 13.46 0.60 0.04 1.68

100

41.27 0.11 0.69 0.80 23.43 0.12

0.34 31.66 0.16 0.04 1.38

100

<표 5>

철부 신부의 비금속개재물 성분분석결과(SEM-EDS)

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

427

IV. 고찰

1. 장수 장계리 고분군 출토 철기의 제작기술

(1)

제련 과정

장계리 고분군 출토 철기의 미세조직 관찰 결과 대체적으로 ferrite

조직과 pearlite 조직이 혼재되어 있으며 일부 cementite 조직이 나

타났다. 또한 일부 유물에서는 widmanstätten-ferrite 조직이 관찰

되었다. 순철이 910℃ 이상으로 과열되어 상온에서 비교적 빠르게 냉

각될 때 생성된 widmanstätten 조직이 침탄되며 침상의 ferrite가

pearlite

로 되고 widmanstätten 조직의 굵은 가지만 남아 냉각되면

망상으로 된다.

비금속개재물로는 wüstite(FeO)와 fayalite(Fe2SiO4), 유리질 slag가

관찰되었다. wüstite(FeO)는 직접환원법인 고체저온환원 제련 시 생

산되는 괴련철이나 해면철의 지표 조직으로 보고되어 있다.

13 이와

같이 미세조직 및 비금속개재물에서 나타나는 특성으로 보아 장계리

고분군 출토 철기는 고체저온환원법으로 생산된 아공석강과 공석강,

과공석강을 소재로 철기를 제작한 것으로 판단된다.

김수기, ｢유물분석 자료를 통한 백제지역의 제철과 철기 제작기술 연구｣, 뺷보존과학회
지뺸 30(4), 한국문화재보존과학회, 2014, p.341.

김수기, 앞의 논문, 2014, p.337.

제30호

428

(2)

제작 과정

호분 출토 망치의 경우, 아공석강 소재에 침탄처리를 실시하여 신

부에서 두부로 갈수록 탄소함량이 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이는

망치의 사용 목적에 따라 필요 부위에 제강공정(침탄처리)을 실시한 것

으로 추정된다. 즉 당시 유적에서는 철의 특성을 이해하여 철기의 사

용부위별로 선별적인 제강공정을 거쳤으며, 이를 통해 우수한 기계적

성질을 가진 철기를 제작하였음을 알 수 있다. 또한 일련의 방향성을

가지고 연신된 철부의 비금속개재물을 통해 당시 공구 혹은 무기로서

강도를 부여하고 형태를 가공하기 위해 수차례 반복적인 단타 작업을

실시한 것을 알 수 있다. 또한 비금속개재물 성분분석 결과 Ca 함량

이 약 31wt% 정도로 높게 검출되는 것은 노벽 혹은 연료, 철광석의

성분이거나 제철과정에서 투입된 석회질 물질에서 비롯된 것일 수 있

다(이소담 외, 2017). 그리고 함량만 보고 조재제 첨가여부를 판단하는

것은 오류를 범할 수 있기 때문에, 단순 함량으로 해석하는 방법보다

성분 간 비율을 종합적으로 파악하는 방법이 더욱 정확한 데이터 해

석 방법이 될 수 있을 것으로 판단된다.

김수진ㆍ김수기, ｢고대 제철로 복원실험 제련 슬래그 분석과 해석 방법에 관한 연구｣,
뺷보존과학회지뺸 33(2), 한국문화재보존과학회, 2017, p.87.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

429

2. 단야구 및 공구류 분석 사례와의 비교

출토 단야구 및 공구류에 대하여 금속학적 분석을 실시한 선행연

구로는 4~5세기 백제시대 토광묘와 석곽묘가 조사된 증평 화성리 유

적(이상화, 2018)과 4~5세기 마한의 성격을 띠고 토광묘와 옹관묘가 조

사된 완주 상운리 유적(황찬수, 2011)이 있고, 두 유적에서는 단야구 외

에도 무기류와 농공구류가 함께 수습되었다. 증평 화성리 유적 및 완

주 상운리 유적 출토 철기와 비교하여 단야구와 단야구로 제작된 철

기가 실제 사용 용도를 고려하여 제작되었는지 알아보았으며, 그 비

교 결과는 <표 6>과 같다.

증평 화성리 유적 1호 석곽묘에서 출토된 망치는 martensite 조직

이 관찰되는 것으로 보아 담금질(열처리)을 실시하여 기계적인 성질을

향상시킨 것으로 판단된다. 동일 석곽묘에서 출토된 집게의 경우 망

상 widmanstätten-ferrite 조직이 관찰되었고, 침탄한 것으로 추정

된다(이상화, 2018). 완주 상운리 가-1지구 토9와 나-지구 토1에서 출

토된 망치 2점과 집게는 바탕조직이 pearlite 조직이며 탄소 함량이

높은 소재로 제작된 것으로 추정된다. 공구류인 철부는 탄소 함량이

낮은 소재로 제작되었으며 단야구와 공구류 모두 별도의 열처리 흔적

은 관찰되지 않았다(황찬수, 2011).

증평 화성리 유적 출토 철기는 망치 제작 시 담금질을 하였고, 연

신된 개재물로 보아 단접을 한 것을 알 수 있다. 이는 실사용을 위해

성형 및 열처리 과정을 거쳐 선단부에 강도를 주려 한 것으로 보인

제30호

430

유적명

시대

유물명

미세조직

소재

가공방법

장수

장계리

고분군

추정

망치

두부

F+P

아공석강

성형, 침탄

신부

F+P

모루

두부

P+C

아공석강

성형, 침탄

신부

F+P+W

집게

집게부

P+W

공석강

성형

철부

신부

P+C

과공석강

성형

증평

화성리

유적

4~5C

망치

인부

P+W+M

아공석강

성형, 침탄, 담금질

집게

집게부

P+W

성형, 침탄

자루

P+W

철부

인부

P+W/ F+P

성형, 침탄

공부

F+P

완주

상운리

유적

4~5C

망치(1)

두부

P+W+C

과공석강

성형

신부

P+F

망치(2)

두부

P+F+W

과공석강

성형

집게

집게부

P+W+C

과공석강

성형

철부(1)

공부

F+P

아공석강

성형

철부(2)

공부

아공석강

성형

<표 6>

장계리 고분군 출토 철기와 삼국시대 철기의 분석결과 비교

(F: Ferrite, P: Pearlite, W: Widmanst

ätten-ferrite, M: Martensite, C: Cementite)

다. 이와 달리 장수 장계리 고분군과 완주 상운리 유적 출토 철기는

담금질과 같은 열처리 공정 흔적이 확인되지 않았다. 그러나 장수 장

계리 고분군 출토 망치와 모루는 두부와 신부의 탄소함량이 다른 것

으로 보아 침탄한 것으로 추정되고, 이에 따라 실제 사용했을 가능성

도 있다.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

431

V. 결론

금속학적 분석 방법을 통해 장수 장계리 고분군 8호분과 9호분에

서 출토된 단야구와 공구류의 제작기술을 추론하고, 단야구와 공구류

에 대하여 미세조직 관찰과 비금속개재물 성분분석을 실시한 선행 연

구 사례와 비교하여 철기 제작의 원재료와 가공 방법의 차이점에 대

하여 고찰한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

장수 장계리 고분군 출토 망치, 모루, 집게, 철부는 고체저온환원법

으로 생산된 아공석강과 공석강, 과공석강을 소재로 하여 단조 성형

을 거쳐 제작되었다. 망치와 모루는 두부가 신부에 비해 탄소함량이

높으며, 이는 강도를 향상시키기 위해 의도적으로 침탄하였을 가능성

이 있다. 특히 망치는 두부에서 마모흔이 관찰되어 실제 사용했을 것

으로 보인다(전북문화재연구원, 2022). 집게의 과열조직은 강도를 위해

의도적으로 침탄되었거나 철물을 집어 단야로에 넣는 용도로 사용 시

과열된 것을 나타낸다. 철부는 연신된 비금속개재물을 통해 단타 과

정으로 가공된 것을 알 수 있다. 이번 장수 장계리 고분군 출토 금속

유물에서 martensite와 같은 열처리 조직이 관찰되지 않은 것은 열

처리 공정이 행해지지 않았다는 증거일 수 있으나 열처리된 표면이

부식으로 인해 확인이 불가한 것일 수 있다.

본 연구에서는 금속학적 분석을 통하여 고대 장수지역의 제철 원

료부터 가공 생산까지의 과정을 파악하였다. 이와 더불어 단야구와

공구류가 같이 출토되고 금속학적 분석이 이루어진 다른 유적의 철기

제30호

432

와 비교하여 가공 방법에서 차이점을 확인하였다. 그러나 출토 유물

의 부식 특성과 문화재라는 특수상황으로 인해 수습한 시료가 한정적

이므로 일부 부위의 분석 결과로 전체의 제작 공정을 파악하는 것과

부위별 열처리, 가공 과정을 정확히 판단하기에 어려움이 있다. 또한

장수지역에서 처음 출토된 단야구이므로 동일 지역 내 비교 대상이

없는데, 향후 장수를 비롯한 전북지역에서 출토되는 단야구 등의 철

기를 대상으로 한 추가분석 결과가 축적된다면 장수지역의 당시 철기

제작기술의 특징을 밝힐 수 있을 것으로 기대된다.

장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

433

참고문헌

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장수 장계리 고분군 출토 철기의 금속학적 연구

435

Abstract

Metallurgical Analysis of Ironware Excavated from Janggye-ri
Ancient Tombs in Jangsu

Park, Sun Department of Heritage Conservation and Restoration, Graduate School of Cultural Heritage, Korea

National University of Cultural Heritage

Yang, Young-Joo Jeonbuk Cultural Property Research Institute
Chung, Kwang-Yong Department of Conservation Science, Col ege of Science and Technology, Korea

National University of Cultural Heritage

The present study aims to conduct a metallurgical analysis of excavated ancient

tomb ironware in Jangsu Janggye-ri and investigate the characteristics of iron manu-

facturing technology in the Jangsu area.

Specifically, the study performs a metallurgical analysis on hammers, anvils, tongs,

and iron axes excavated from Tombs No. 8 and No. 9 in Jangsu Janggye-ri. The charac-

teristics of each structure and information on the composition of non-metallic in-

clusions were verified through microstructure observation using a metallographic mi-

croscope and by conducting non-metallic inclusion component analysis using an en-

ergy dispersive spectrometer attached thereto. The results were compared by artifact

part to determine the raw materials and processing techniques used in the iron

manufacturing. As a result, the hammer, anvil, tongs, and iron axe excavated from the

Janggye-ri ancient tombs were made of hypo-eutectoid steel and eutectoid steel, hy-

per-eutectoid steel produced by the solid reduction method, and it was observed that

the hammer had a higher carbon content in the edge that requires strength. No signs of

heat treatment were verified. Based on the research results, this study selected as com-

parisons research on the ruins of Hwaseong-ri, Jeungpyeong, and the ruins of

Sangun-ri, Wanju where Smith’s tools and other ironware were excavated and analyzed,

and compared the results of the metallurgical analysis of ironware excavated at the ruins

to verify differences in the manufacturing technology of Smith’s tools and hand tools

that were buried.

제30호

436

논문 투고일 : 2022.09.30 심사 완료일 : 2022.11.13 게재 확정일 : 2022.11.17

In addition to the results of the excavated ironware analysis of Janggye-ri’s ancient

tombs in Jangsu, if metallurgical analysis data of ironware made from Smith’s tools is

gathered, the raw materials and processing technology characteristics used in Smith’s

tools manufacturing can be identified in detail. Consequently, ironware manufacturing

technology in the Jangsu area can be deduced, classified, and compared by era and

region.

Keyword Smith’s tools, Forge, Three Kingdoms Period, Janggye-ri, Microstructure