철은 탄소의 함량에 따라 선철, 연철, 강철, 등으로 나누어진다.
철기시대 초기, 철은 400℃~800℃의 낮은 온도에서 만들어졌다. 단철이라고 불리는 이 정도 수준의 철은 문고리 등 간단한 도구를 만드는 데는 적절할지 몰라도, 건축 구조재로서는 쓸모없는 것이다.
철을 이용한 새로운 건축문화가 태어나려면 아직도 오랜 세월이 필요했다. 15세기에 이르러서야 비로소 길이 열리기 시작했다. 유럽의 독일 지방에서 목탄(숯)을 연료로 1200℃까지의 고온을 얻어 탄소 함량이 비교적 높은 선철을 만들어낸 것이다.
여기서 나온 선철이나 주철은 건축물의 부품과 장식을 겸한 주철 기둥, 출입구의 인방보, 계단의 난간 등에 사용되었다. 그러나 목탄을 이용한 제철법은 연료인 나무 부족으로 인해 한계에 부딪치고 만다.
그후 1784년 콜브루크데일(Coalbrookdale)제철소 직원이었던 헨리 코트(Henry Cort)가 목탄 대신에 석탄을 사용하고 끓는 쇳물을 휘젓는 방법(퍼들법)으로 더욱 품질이 좋은 철을 만들었는데 이것이 바로 연철이다.
연철은 곧바로 주철을 밀어내고 건축 구조물에 쓰이기 시작한다. 이후부터 강철이 등장하는 19세기 말까지 연철의 시대가 계속된다. 그러다가 1856년에 미국의 윌리엄 켈리와 영국의 헨리 베서머에 의해 강철을 값싸고 대량으로 생산할 수 있는 방법이 개발되자, 강철이 연철을 밀어내고 가장 중요한 재료로 자리잡았다.
강철은 다른 구조 재료에 비해 인장강도, 압축강도, 전단강도가 크게 높고 또 고른 편이다. 어떤 무게나 힘에도 견디는 강력한 재료로 철을 따라갈 만한 것이 없다는 뜻이다. 또한 강철은 단위 체적에 대한 단가가 다른 재료보다 훨씬 비싼 편이지만, 단위 무게에 대한 강도를 비교하면 강철이 훨씬 유리하다.
비중이 2.4인 철근 콘크리트가 단위 면적당 70kg의 무게를 받을 수 있다. 강철이 약 7배가량 유리한 셈이다. 그러므로 무게가 가중되는 고층건축물이나 긴 다리에는 강철 구조가 가장 알맞다.
탄소의 함량에 따른 철의 분류
① 순철(純鐵, Pure Iron)
거의 100% 철(Fe) 성분으로 되어 있으며, 천연상태에서는 운석의 형태로 존재하고 있다. 순철의 무른 성질 때문에 전자기 재료, 촉매, 합금용 등 그 용도가 매우 한정되어 공학용으로 조금밖에 생산되지 않고 있다.
② 연철(鍊鐵, Wrought Iron)
탄소(C)의 함량이 0.1%이하인 철이며, 매우 무르기 때문에 손으로 구부릴 수 있다. 단조(鍛造)하여 그릇 등을 만들 수는 있으나, 칼, 도끼 등과 같은 공구로 제조하기에는 적합하지 않다.
③ 강철(鋼鐵, Steel)
탄소의 함량이 0.1~1.7%인 철을 말한다. 단단하면서도 늘어나는 성질이 있어서 단조(鍛造)하여 여러 물건을 만들 수 있기 때문에 철 가운데 가장 널리 쓰이고 있다. 한반도에서는 초기철기시대부터 여러 종류의 도구로 많이 쓰여 왔다. 일반적으로 탄소강 또는 보통강이라고 부르는데 구조용, 기계부품용, 공구용 등으로 광범위하다. 강철은 열처리에 따라 그 성질을 크게 변화시킬 수가 있으며 질기고 늘어나는 성질이 있기 때문에 단조(鍛造) 혹은 압연(壓延) 등에 의해 여러 형태로 만들 수 있고, 주조(鑄造) 또한 가능하다. 탄소함유량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 분류하며 용해(鎔解).정련(精鍊) 방법에 따라 전로강(轉爐鋼), 평로강(平爐鋼), 전기로강(電氣爐鋼), 도가니강 등의 종류가 있다. 또한 합금 원소로서 탄소이외에 규소(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 등을 함유하는 것을 특수강 또는 합금강이라고 하며, 이것은 흔히 특별한 용도로 사용된다.
④ 선철(銑鐵, Pig Iron)
탄소의 함량이 1.7~4.5%인 철을 말한다. 빛깔은 검고 강철보다 녹기 쉬우며, 단단하면서도 쉽게 부러지므로 단조할 수 없고, 단지 주조용으로 쓰인다. 보통 탄소(C) 이외에 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등이 들어 있으며, 최근까지 무쇠솥, 철판, 화로 등을 만드는 데 쓰였다.
여러곳에서 발췌했습니다.
[출처] 철의 종류|