STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

오늘 포스코 뉴스룸에 도착한 초등학생의 사연은 ‘Strike while the iron is hot(철은 뜨거울 때 쳐라)’라는 영국 속담의 뜻을 알려달라는 것이었어요. 그리고 철을 왜 때리는지도 이해가 안된다고 하네요. 포스코 뉴스룸에서 이 속담 속의 과학을 알아보도록 하겠습니다.

먼저 철을 왜 뜨거울 때 쳐야 하는지, 그 이유를 쉽게 설명하기 위해 ‘대장장이’의 작업하는 과정과 원리를 소개할게요. 역사 책이나 TV에서 대장장이를 본 적 많으시죠? 대장장이는 철, 구리, 주석 등 금속을 달구고 두드려 연장이나 기구를 만드는 기술자를 말하는데요. 농사할 때 사용하는 호미, 낫과 같은 연장을 비롯해 말발굽이나 칼 등의 장비가 대부분 대장장이의 손에서 탄생되었다고 할 수 있어요.

| 대장장이가 작업할 때 쇠를 달구는 이유는?

대장장이는 딱딱한 쇠를 화로에 넣고 무르게 만들 수 있을 만큼 강력한 화력으로 쇠를 빨갛게 달구어 냅니다. 달궈진 쇠는 집게로 끄집어 내 이리저리 쳐서 메질을 하여 모양을 만드는데요. 이때 가장 중요한 것이 바로 ‘타이밍’입니다.

뜨거워졌을 때를 놓치면 아무리 때려도 모양을 만들기 쉽지 않기 때문이죠. 바로 여기서 오늘의 주인공인 속담 ‘Strike while the iron is hot’의 숨은 의미를 파악할 수 있어요. 절대 움직이지 않을 것처럼 딱딱한 쇠를 녹이고 이를 알맞게 변형하려면 때를 놓쳐서는 안되겠죠? 뜨거운 때를 놓치면 원하는 모양으로 변형할 수 없어요. 이미 딱딱하게 굳어버렸기 때문이죠. 즉, 마땅히 해야 할 일을 뒤로 미루지 말고 시기적절할 때 해결하라는 교훈을 이 속담에서 찾아볼 수 있어요.

| 포스코의 현대식 제철소에서도 “뜨거울 때 쳐라”

과거 대장장이의 철을 제련하는 방법은 현대 사회에서는 제철소라는 대형 설비로 응용되어 있어요. 용광로에서 나온 쇳물은 우선 직육면체 모양의 반제품(슬래브)으로 만들어져서 식혀 놓는데요. 제품으로 만들기 위해 이 반제품을 가열로라는 설비에서 새빨갛게 다시 달굽니다. 대장장이가 쇠를 빨갛게 달구는 것과 같은 이치죠. 그리고 나서 압연 설비로 꾹꾹 누르고 편 다음 얇아진 반제품을 두루마리 휴지 형태로 돌돌말면 열연 제품이 완성됩니다. 아래 제조공정을 살펴보시면 이해하시기 쉬울꺼예요.

과거 대장장이의 손놀림이 제철소에서 모든 것이 자동으로 제어되는 최첨단 설비와 기술력으로 구현이 되어있다고 보면 됩니다. 포스코 제철소의 경우 AI 기술 등이 접목되어 더욱 진화해 가고 있는 중입니다. 뜨거울 때와 식힐 때, 두드릴 때와 압축할 때를 정확히 파악해 고객들의 요구를 최대한 만족시킬 수 있는 고품질, 고성능 제품들이 생산되고 있어요.

쇠는 두드릴 수록 단단해진다는 한국 속담, 가장 뛰어난 강철은 가장 뜨거운 불에 들어가야 한다(The Finest steel has to go through the hottest fire)라는 미국 명언, 가장 뜨거운 불에서 가장 강한 강철이 나온다(Out of the hottest fire comes the strongest steel)는 중국 속담… 이처럼 철과 관련된 속담과 명언들에는 연마하고 단련하고 극한 상황을 겪을수록 성장할 수 있다는 내용이 많은 것을 알 수 있어요. 그래서인지 철강제품을 만들고 있는 포스코의 이미지도 견고하고 강인한 느낌을 주는게 아닐까 싶습니다.

알고 보면 쉽고 재미있는 속담과 명언 속 철 이야기. ‘아는 만큼 보인다’는 말이 딱 맞지요?  쇠는 두드릴수록 단단해진다는 속담처럼 현재 자신이 해야하는 일이 어렵고 힘들더라도 견디고 이겨내서 보다 강한 사람으로 성장하는 여러분이 되시길 바랄게요. 또 궁금한 얘기가 있다면 언제든 포스코의 문을 두드려주세요!

2013년 서울 미래 유산으로 선정된 형제대장간. 이곳에선 50년 이상 대장장이 일을 해온 ‘대장님’ 류상준씨와 그의 동생 류상남씨, 그리고 조수로 일하며 대장장이를 꿈꾸는 청년 박한준씨가 쌀쌀해진 날씨에도 구슬땀을 흘리고 있다.

┃청년, 대장장이의 길에 들어서다

계절의 변화에도 대장간의 영업시간은 대동소이하지만 박한준씨는 되도록 아침 일찍 대장간 문을 연다. 보통 7시 반경에 문을 연 후 화덕에 불을 피운다. 하루 영업 준비를 끝내면 대장님이 출근하시는 시간이 된다. 오전 업무는 8시부터 11시 반까지. 점심 식사 후 불을 새로 피우고 오전 업무를 정리한 뒤 1시부터 오후 업무가 시작된다.

어릴 때부터 손으로 무언가 만드는 취미를 즐기던 소년은 대학에서는 컴퓨터 공학을 전공하고 졸업 후에는 공무원 시험을 준비했다. 책상에 앉아 공부만 하던 아들이 대장장이의 길을 걷겠다고 나섰을 때 부모님의 반응은 부정적이었다.

“처음부터 끝까지 손으로 만들 수 있는 것이 많지 않더라고요. 무언가 직접 만드는 일을 하고 싶었고 여러 직군을 고민했는데, 부모님께서 이왕이면 가치 있는 일을 하라고 말씀해주셨어요. 그래서 당당히 대장장이 일을 하겠다고 말했죠. 당시 부모님의 싸늘한 반응은 어쩌면 당연했던 것 같아요. 경제적 지원도 끊기고 모아둔 돈으로 생활해야 했죠.”

생각이 서자 행동으로 옮기는 것은 어렵지 않았다. 박한준씨는 바로 집을 나와 현실에 뛰어들었다. 하지만 생각보다 대장장이에 대한 정보가 적었다.

“인터넷에 정보가 많다고 하지만 사실 전문적인 지식에 대해 접근하기는 어려웠어요. 대장간 같은 경우는 채용 사이트에 공고가 올라오는 것도 아니니 이력서를 넣을 수도 없고, 직접 발품을 팔아야 했죠. 티끌 같은 정보를 갖고 묻고 물어 처음엔 칼을 만드는 곳을 찾아갔어요.”

처음부터 순탄하지 않았다. 칼은 가정집마다 하나 이상씩 있고, 실력을 쌓아 잘 만든다면 수요도 있을 거라 생각해서 찾아간 곳은 단조 작업은 하지 않고, 쇠를 가져와 연마 작업만 하는 곳이었다. 그곳에서 소개받아 인연을 맺은 곳이 지금 일하고 있는 형제대장간이다.

┃51년 대장장이의 기술을 전수받다

대장간은 일반적으로 한 명의 대장장이와 여러 명의 조수로 이뤄진다. 박한준씨가 대장님이라고 부르는 류상준씨는 13살부터 대장간 일을 시작해 51년째 대장장이로 활동 중이다. 몇 해 전부터는 대학에서 교수로 다양한 연령대의 학생들에게 대장일을 가르치고 있다.

오는 11월 포스코1%나눔재단이 개최하는 ‘2018 세대를 잇는 작업 이음전-철공예와 주거문화’ 전에서는 박한준씨의 스승 류상준씨의 작품도 만나볼 수 있다고 한다.

“대장일은 어느 부분에 중점을 두느냐에 따라 같은 물건을 만들어도 사람마다 다른 물건이 나와요. 저희 대장님은 ‘쓰기 편하게, 깔끔하게’에 중점을 두시는 것 같아요. 50여 년 쌓아온 내공이 물건에 묻어나는 거죠. 이점이 다른 곳과의 차별성이기도 합니다.”

박한준씨는 형제 대장간에서 일한 지 3년 차다. 처음 몇 개월 동안 일 같은 일은 아예 할 수 없었다. 달궈진 쇠가 단조 작업을 거쳐 새로운 모습으로 탄생하는 것을 대장님의 어깨너머로 눈 동냥했다.

그러다 처음 배운 것이 정(鋌)을 만드는 것이었다. 정은 돌을 쪼거나 구멍을 파고 글씨를 새기거나 다듬을 때 쓰는 철제 연장이다. 지금은 주로 공사현장에서 사용된다.

“처음 스스로 만든 정을 보고 ‘아, 엉망이다’ 생각했던 것 같아요. 제대로 된 정을 만드는데 1년 정도 걸렸죠. 잘 나왔다가, 안됐다가, 잘 나왔다가 상태가 들쑥날쑥하더라고요. 제가 어느 정도 대장일이 완숙된 상태라면 그런 폭이 적었겠지만 시작한 지 얼마 안 돼서 그런지 격차가 크더라고요. 일하면서 그런 격차를 줄이기 위해 많이 노력했어요.”

┃제대로 배우기까지 최소 10년

제대로 된 대장장이가 되기까지 걸리는 시간은 최소 10년이라고 한다. 그동안 많은 이들이 대장장이를 꿈꾸며 형제대장간을 찾았지만 워낙 힘든 작업 환경에 오래 자리를 지키지 못했다.

“여름엔 덥고 겨울엔 추워요. 뜨거운 화로와 함께 일하니 사계절 내내 땀 흘려야 하죠. 계속 서 있어야 하고, 무거운 쇠를 다루니까 육체적으로 금세 지치곤 합니다. 다른 일도 마찬가지겠지만 기술은 하루아침에 배워서 익힐 수 있는 게 아니잖아요. 대장일은 특히 오랜 시간이 필요한 것 같아요.”

박한준씨가 대장일을 하면서 직업에 대해 보람을 느끼는 순간은 안되던 작업이 풀릴 때다.

“유난히 작업이 안 풀릴 때가 있어요. 그런데 작업을 시작하기 전에 내내 속을 썩이던 작업이 될 것 같은 순간이 오죠. 작업을 시작하고 그걸 해내면 새삼 제 직업에 보람을 느끼죠. 또, 물건을 만들어 파는 일이니까 손님이 구입한 물건에 만족하셨을 때도 감사한 마음과 함께 보람을 느껴요.”

도시에서는 조금 낯설게 느껴지는 농기구부터 주방에서 쉽게 볼 수 있는 가위와 칼, 최근에는 캠핑족이 늘어나면서 캠핑용품으로 사용할 수 있는 예쁜 도끼나 망치를 찾는 손님도 늘었다고 한다.

┃“저에게 쇠는 찰흙 같은 느낌이예요”

일상 곳곳에 자리한 쇠는 일반인에게는 친숙하면서도 무섭고 차가운 이미지가 먼저 떠오른다. 그렇다면 대장장이의 시선에서 보는 쇠는 어떤 이미지인지 궁금해졌다.

“예전에 쇠는 막연하게 단단한 이미지였죠. 대장일을 시작한 뒤로 제겐 약간 찰흙 같은 느낌이에요. 저희는 뜨거운 상태의 쇠를 다뤄 모양을 만들고 다듬는 작업을 하니까요. 말랑말랑한 쇠를 단단하게 만들어 가는 과정이 꼭 어린 시절 갖고 놀았던 찰흙 놀이처럼 느껴져요. 손으로 조물거리며 만드는 것을 좋아했는데 그게 직업까지 이어질 줄 몰랐습니다.”

마지막으로 앞으로의 목표에 대해 물었을 때 박한준씨는 이렇게 대답했다.

“오랜 시간과 노력을 들여 배워야 하는 일이라고 생각해요. 기술이 어느 정도 손에 익지 않으면 나오질 않더라고요. 기량이 천천히 느는 직업이라는 것을 몸소 깨닫고 나니 지금 미래에 대해 말하는 건 너무 멀게 느껴져요. 지금 당장은 조금씩 실력을 쌓아가고 점진적으로 기량을 끌어올리는 것이 목표예요.”

새벽부터 부지런히 몸을 놀려 아침을 열고 뜨거운 화로 앞에서 종일 서서 일해야 하지만 자신이 원하는 꿈을 이루기 위한 일을 배우고 있는 박한준씨의 얼굴에는 미소가 가득했다. 그 모습에서 그가 매일 다루는 쇠처럼 꿈을 연마하는 청년의 강직함을 느낄 수 있었다.

l 글 명지대학교 건축대학 이재인 교수

l 내진용  철의 역할에 주목해야 하는 이유

지난 7월 5일 20시 33분 03초에 울산 동구 동쪽 52km 해역에서 지진이 발생했다. 지진관측을 시작한 1978년 이후, 연평균 30회 이상의 지진 발생 빈도를 보이고 있는 우리나라를 지진의 안전지대라고 할 수는 없지만, 울산에서 발생한 진도 5.0의 강진은 처음이었다. 그릇과 창문이 깨지기도 하고, 고정되지 않은 물체는 넘어지기도 하며, 거의 모든 사람이 지진의 충격을 느낄 수 있을 정도의 강진에 우리 사회는 큰 충격에 빠졌었다.

최근 발생한 이탈리아 지진 등 세계 각지에서 발생하는 지진 관련 뉴스를 보면, 어떤 나라는 진도 8.0의 강진에도 건축물 일부만 붕괴되는 것에 그치는가 하면, 또 어떤 나라는 커다란 인명피해와 함께 도시 전체가 파괴되기도 한다. 이는 신축 건축물의 내진설계나 기존 건축물의 내진보강에 따른 결과로, 철근이나 철골 사용을 기본으로 하는 현대 건축물에 있어 내진용 철의 역할이 얼마나 중요한지를 보여주고 있다.

△이미지 출처 – 위키피디아 / 2008년 쓰촨성 지진(규모 8.0)

△이미지 출처 – 위키피디아 , 2010년 칠레 지진(규모 8.8)으로 일부가 붕괴된 21층 규모의 오히긴스 타워

따라서 다음의 글을 통해 내진설계와 내진보강의 개념을 설명하고, 진화하고 있는 내진용 철의 현주소를 알아보고자 한다.

l 지진을 이기는 건축설계

지진은 건축물에 하중으로 작용하는데, 지진하중은 지반운동에 따른 관성력(慣性力)으로 건물이 수평 혹은 수직 비정형이거나 비구조 요소의 예기치 못한 작용으로 인해 특정 층이나 특정 구조부재에 하중이 집중될 수 있다. 따라서 모든 내진설계 대상 구조물과 그 구성부재는 지진에 견딜 수 있는 일정 강도(强度)가 확보되어야 함은 물론이요, 지진의 흔들림에 유연하게 대응할 수 있는 연성(延性, Ductility)도 확보할 수 있도록 해야 한다.

내진설계는 지진이 발생했을 때나 발생한 이후에도 구조물이 안전성을 유지하고 그 기능을 발휘할 수 있도록 설계시에 지진하중을 추가로 고려하여 설계를 수행하는 것을 의미하며, 내진구조, 제진구조, 면진구조가 있다.

 

△ 내진설계의 3가지 종류와 개념 ⓒ이재인 (우측 ‘댐퍼’ 이미지 출처: 위키피디아)

내진구조는 지진으로 인한 건물의 좌우 진동으로부터 견디는 힘을 강화하기 위해 건축물 내부의 가로축을 튼튼하게 하는 것을 말한다. 튼튼하고 안정적인 반면 건물의 무게를 증가시키는 단점이 있어 고층 건물에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다.

제진구조는 건물과 가로축 사이에 지진의 진동을 줄여줄 수 있는 특수장치인 ‘댐퍼’를 부착하여 건물이 받는 충격을 최소화하는 방식이다. 기존 구조에 댐퍼를 추가로 부착할 수 있어, 비교적 자유롭게 설계가 가능하다는 장점이 있다.

면진구조는 지진으로 흔들리는 지면과 건물을 분리하는 기초공사를 통해 지진 하중을 줄여주는 방식이다. 면진기초가 적용된 건물은 지면이 심하게 흔들리더라도 건물 자체는 큰 영향을 받지 않게 되는데, 특히 고층건물이나 교량 등에 많이 활용된다.

△이미지 출처 – 좌)위키미디어 / 우)위키피디아 좌)바르셀로나의 약 144m(33층 규모) 아그바 타워(Torre Agbar) 우)런던의 92층 스위스 르 빌딩

일반적으로 규모가 있는 고층 건축물들을 보면 대부분 평면 혹은 원기둥, 사각기둥, 사각뿔 등 단순한 형태로 디자인된다. 모서리가 많은 복잡한 형태의 디자인은 형태적으로는 아름다워 보일 수 있겠지만 지진에는 취약해지기 때문에, 이러한 방식의 설계는 지진으로 인한 저항력을 높이기 위한 결과물이라고 볼 수 있다.

l 기존 건축물의 내진성능 향상법

△이미지 출처 – 위키피디아 / 버클리 기숙사 전단보강 트러스(부재가 휘지 않게 접합점을 핀으로 연결한 골조구조)가 삽입된 모습

우리나라에서 건축물 내진설계 기준을 제정한 것은 1988년이다. 2015년 10월 기준으로 내진설계 대상 시설물은 10만 5,448여 개에 달했지만, 내진설계가 적용된 곳은 4만 4,732개로 대상 시설물의 42.4%만이 내진설계가 되어있는 것으로 조사되었다. (국민안전처 자료)

△이미지 출처 – 플리커/ 버클리 주차장 철근 콘크리트 건축물의 외부 가새(기둥의 상부와 하부를 대각선으로 잇는 경사재) 보강

때문에 기존 건축물을 증축하거나 용도변경 등을 할 경우에는 절반 이상의 건축물들이 내진보강을 해야 한다.

기존 건물의 3가지 내진성능 향상법

• 새로운 내진 요소 부재를 만들고 설계 강도를 크게 한다.
• 보강으로 기존부재의 인성을 향상시켜, 인성이 열악한 내진 요소부재를 제거한다.
• 불필요한 부위를 없애, 건물 중량을 경감한다.

△ 내진보강공법의 종류

*버트레스: 외벽면에서 바깥쪽으로 튀어나와 벽체가 쓰러지지 않도록 지탱하는 부벽

△이미지 출처 – 위키피디아 좌)철근콘크리트 구조물의 내진보강용 스틸 자켓을 씌운 기둥, 우)일반기둥

 

l 쓰촨성 지진의 교훈과 철의 진화

최근 건축물들이 대형화 고층화됨에 따라 내진설계에 있어 강성과 연성을 지닌 철의 역할이 매우 중요해져, 초고장력 철근이나 내진철근 개발이 활발히 전개 중이다.

이러한 내진용 철의 진화에는 2008년 발생했던 중국 쓰촨성 대지진의 교훈이 크다. 쓰촨성 대지진은 규모에 상응하는 만큼 도시를 파괴하고 인명피해를 동반했는데, 21세기를 살고 있는 우리들에게 아직도 지진에 대비하고 있지 않는가? 혹은 좀 더 철저한 대책 마련이 필요하지 않은가?에 대한 공감대를 형성시키기에 충분한 사건이었던 것이다.

 

△이미지 출처 – 위키피디아 / 세계에서 3번째로 높은 타이페이 101 92층과 87층 사이에 설치되어 있는 동조질량댐퍼(Tuned mass damper)

△이미지 출처 – 위키피디아 / 고층부의 흔들림을 제어하는 타이페이 101의 동조질량댐퍼 강철공(댐퍼)은 타이페이 101의 최대 진동치를 1/3 이상 줄여주며, 직경 5.5 m, 중량 660톤으로 세계 최대이다.

이전에는 통상적으로는 일반 구조용 압연 강재(SS · Steel Structure)나 용접 구조용 압연강재(SM · Steel Marine)를 사용하였고, 내진용으로는 내진 건축구조용 압연강재(SN · Steel New)를 많이 썼다.

그러나 쓰촨성 대지진 이후 잇따라 발생한 지진으로 고층 건물의 내진설계 중요성이 더욱 부각되면서, 내진성능과 용접성능이 모두 우수한 TMCP강이나 초고층 건축물에 적합한 HSA강 등의 진화된 내진강재가 나오게 된 것이다. 특히 HSA800은 기존 건축구조용 강재보다 최소인장강도가 40% 높고 중량은 30% 가벼워 국내에서 가장 높은 건물인 롯데월드타워에 적용된 것으로 알려져 있다.

지진을 이기는 철, 앞으로 어디까지 진화할지 지켜볼 일이다.

<건축물 잠깐 상식!> 

 

지진볼트, 건축물 장식이 아니라 내진보강재?

1886년 미국 웨스트버지니아주 찰스톤 지역의 지진 이후 이 지역에서는 지진에 대응하기 위해 건물에 포스트텐션 방식의 지진볼트를 적용했다고 합니다.

 

△이미지 출처 – 위키피디아 / 지진 볼트(earthquake bolts)

* 포스코리포트는 해당 분야 전문가 필진이 직접 작성한 것으로, 포스코의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.

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