인류의 역사에 도구가 등장하기 시작한 것은 약 250만 년 전이라고 알려져 있다. 석기시대와 청동기 시대를 거쳐 철기시대까지 인간은 다양한 모양과 기능을 더한 도구를 개발해왔고, 특히 철을 사용하면서부터 인류의 생활 모습도 크게 변하기 시작했다.

그럼 오늘은 우리의 일상 속 다양한 분야에서 활약 중인 철에 대해 알아보도록 하자!

l 타이어코드의 핵심은 철이죠!

운전자라면 타이어코드에 대해 잘 알고 있을 것이다. 타이어코드는 타이어의 형태를 잡아주고 내구성을 보강하기 위한 일종의 보강 소재이며, 현재는 스틸 코드(Steel Cord)와 나일론(Nylon Cord), 레이온(Rayon Cord), 폴리에스테르(Polyester Cord) 코드를 사용한다.

스틸 코드란 얇은 와이어 여러 개를 합쳐 놓은 것인데, 이는 타이어가 충격을 흡수하고 승차감을 향상시키는 역할을 한다. 이때 최고급 강재를 활용하게 되면 타이어가 높은 응력을 견딜 수 있기 때문에 도로주행 시 안정성 또한 향상시킬 수 있다.

그렇다면, 타이어를 구성하는 필수 요소인 타이어코드에도 포스코의 제품이 사용된다는 것을 알고 있는가?

포스코 WTP 제품(World Top Premium Product)은 높은 기술력을 바탕으로 고객 경쟁력을 높여주고, 고객을 위한 고부가가치를 제공하는 제품을 말하는데, 타이어코드에 사용되는 포스코 WTP 타이어코드용 선재 역시 경량화와 주행 안정성에 탁월한 도움을 주는 제품으로 꼽힌다.

 
l 철이 없으면 롤러코스터도 없어요!

스트레스를 풀고 싶을 땐? 바로 놀이공원에서 스릴 만점인 놀이기구를 즐기는 것을 추천한다. 그런데 여기서 잠깐! 놀이공원의 주인공인 놀이기구들이 대부분 철로 만들어져 있다는 사실을 잊진 않았을 것이라 생각한다.

그중에서도 롤러코스터의 경우, 전 세계에 설치된 롤러코스터 2,391개 중 96%인 2,296개가 철로 만들어져 있다고 알려져 있다.

철은 탄소의 함량이 낮은 순서에 따라 ‘연철, 강철, 선철’로 나누어지는데 이는 탄소의 함유량으로 조절할 수 있다. 철은 탄소 함유량이 적을수록 유연하고 늘어나는 성질이 커지며, 탄소의 함유량이 많아지면 경도가 높아지고 강해지지만, 부서지기 쉽고 늘어나는 성질은 줄어든다. 때문에 철이 사용되는 곳에 맞게 탄소로 제품의 경도를 조절하거나 특성을 부여하는 것이 필요하다.

특히 놀이기구는 사람이 타야 하는 만큼 단단하지만, 상황에 따라 유연하게 작용되며 변하지 않고 오래 사용할 수 있는 재질로 만들어져야 하는데 이를 모두 만족하는 재질이 바로 ‘철’이다. 철로 만든 놀이기구들은 사람의 무게와 속도에 의한 압력, 중력을 견디며 안전성을 갖춰 우리가 놀이기구를 즐길 수 있도록 도와준다.
 
l 철이라면 세균 걱정은 없어요!

1913년, 스테인리스 스틸의 발명 이후 의료계 혁신이 일어났다고 해도 과언이 아니다. 이전에 비위생적인 환경에서 수술을 받다가 세균 감염으로 많은 사람들이 목숨을 잃었던 경우가 많았는데 스테인리스 스틸을 활용한 이후로는 환자들이 위생적으로 치료를 받을 수 있게 되었기 때문이다.

의료용 스테인리스 스틸인 써지컬 스틸은 녹슬지 않아 부식될 염려가 없고 무엇보다 안전한 살균처리가 가능하기 때문에 수술용 메스, 주삿바늘, 뼈를 고정하는 나사 등 신체부위에 직접 닿거나 체내에 들어가도 안전한 덕분에 의료용품으로 스테인리스 스틸을 사용하고 있다.

앞서 이야기했듯 스테인리스 스틸은 녹이 거의 생기지 않는다. 스테인리스는 철(Fe)에 크롬, 탄소, 니켈, 망간 등 몇 가지 원소를 첨가해 완성한 ‘합금강’이기 때문이다. 또한 스테인리스가 녹이 잘 슬지 않는 이유는 표면에 ‘부동태 피막’이라는 특수한 보호 피막이 형성되기 때문이다.

이 부동태 피막이란 스테인리스를 구성하는 원소 중 크롬(Cr)이 산소(O2)와 만나 산화되어 자연적으로 만들어진 산화크롬 피막(Cr2O3)인데, 두께는 눈에 보이지 않을 정도로 매우 얇고 단단해서 철이 산화되어 녹이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이 산화크롬 피막이 긁혀서 표면의 일부가 파괴되더라도, 크롬이 다시 산소와 만나 피막이 빠르게 재생되는 성질을 갖고 있다.

지금까지 타이어는 물론 놀이기구, 의료용 기구까지 다양한 분야에서 대활약 중인 철(스틸)에 대해 알아보았다. 새삼스럽지만 철의 존재감이 느껴지지 않는가? 앞으로도 우리의 일상에서 함께 하고 있는 그리고 앞으로 함께 할 철의 활약을 기대해본다.

아침마다 철(스틸) 드는 남자!

남성이라면 누구나 공감할 것이다. 매일 아침 만나는 철, 바로 면도기이다. 면도를 할 때마다 한 번쯤은 궁금했을 법한 내용은 면도기의 탄생 배경과 면도날의 교체 주기일 것이다.

면도기는 철의 발달과 함께 탄생했다고 해도 과언이 아닌데, 철을 제련하고 가공하는 기술이 발달하면서부터 남성들의 일상에 면도가 자리 잡게 되었다고 한다.

최초의 면도기는 고대국가에서 신도들이 제의한 형태로 시작했다고 알려져 있으며 신에 대한 복종의 표현으로 수염을 깎는 행위를 통해 인간의 열등감과 겸손함을 신에게 보이기 위해서였다. 이후 실용적인 측면에서 면도기가 일반화되기 시작한 것은 그리스와 로마 군대에서부터였다. 알렉산더 대왕은 부하들이 백병전을 치를 때 적에게 긴 수염을 잡히지 않도록 수염을 자르라고 명령하였고, 로마군은 적과의 식별을 쉽게 하기 위해 수염을 깎았다고 전해진다.

하지만 당시 철을 가공하는 수준이 높지 않았기 때문에 한 번만 써도 면도 칼은 이가 빠지거나 무뎌졌고, 무딘 칼로 면도를 하다 얼굴에 상처를 입는 경우가 많아 면도 공포증을 갖게 된 사람들도 있었다는 사실! 또한 중세 시대에는 숙련된 면도 기술을 보유한 이발사는 장인으로 높은 대접을 받았다고 한다. 이후 영국과 독일에서 좋은 강철을 생산해내기 시작하면서 지금과 같은 면도기의 형태로 발전하게 되었으며, 세계 1차 대전 이후 보편화되었다.

면도기에 일회용 칼날이 적용된 것은 1901년 킹 질레트와 그의 동료 윌리엄 니커슨에 의해서 이루어졌는데 킹 질레트는 ‘면도 중 면도날에 얼굴을 베이자, 면도기의 칼날만 새것으로 갈면 좋겠다고 생각해’ 일회용 칼날의 면도기 적용을 고안하였다고 한다.

▲1904년 질레트가 출원한 면도기 특허 관련 서류 이미지 (출처: 질레트코리아)

면도기를 사용하다 보면 ‘날이 무뎌진 건가, 아니면 내 기분 탓인가?’ 할 때가 종종 있다. 면도날은 주기적으로 새것으로 갈아주는 것이 좋은데 수염이 적고 가늘어 면도를 자주 하지 않는다면 최소 3~4개월에 1회, 면도를 자주 한다면 최대 1개월에 한 번 정도를 추천한다.

알레르기가 있다면 이젠 바꾸세요!

요즘 액세서리는 금, 은, 황동, 신주 등 다양한 금속 소재로 만들어지고 있다. 그중 눈에 띄는 것이 있다면 바로 써지컬 스틸(Surgical Steel)! 써지컬 스틸이 무엇인지 아직 생소하다는 분들은 주목! 특히 금속 알레르기로 고생했던 경험이 있다면 더욱 주목해도 좋다.

피어싱 경험자들은 공감할 것이다. 귀를 뚫는 일보다 어려운 게 뚫은 귀를 관리하는 일이라는 것을! 하지만 써지컬 스틸로 된 피어싱과 귀걸이를 착용한다면 그런 걱정은 줄어들듯 하다.

써지컬 스틸은 의학적으로 사용되는 도구를 만들 때 사용하는 스테인리스 스틸의 한 용도를 이야기하는 비공식적 용어이다. 쉽게 말해 수술용 칼, 주삿바늘, 임플란트 같은 치아 보철물까지 의료 행위를 할 때 필요한 도구를 만드는 스테인리스의 한 종류를 말한다.

그럼 왜 의료용 스테인리스 스틸(써지컬 스틸)이 액세서리 소재로 각광받기 시작한 것일까? 그 이유는 무엇보다 위생적인 면이 뛰어나서다. 체내에 들어가거나 신체 부위에 직접 닿는 의료용 도구들은 위생에 각별한 신경을 써야 하는데 스테인리스 스틸은 녹이 발생하지 않을 뿐만 아니라 표면이 미려해 위생적으로 사용할 수 있는 금속이기 때문이다.

간혹 금속 소재의 귀걸이나 목걸이 착용 시 알레르기로 고생하는 경우가 있다. 주로 금속 알레르기는 액세서리에 포함된 과다한 니켈 성분 때문으로 알려져 있는데 써지컬 스틸은 니켈 함량이 적거나, 포함이 되지 않았기 때문에 이러한 알레르기 반응을 줄일 수 있다.

포스코에서도 철강의 꽃이라고 불리는 스테인리스 스틸을 다양한 강종으로 생산하고 있다. 주로 건축 내외장재부터 산업 부품, 자동차 부품, 주방용품, 의료기기까지 우리의 일상 속에서 널리 사용되고 있으며 특히 포스코에서 생산하고 있는 의료용 스테인리스 스틸은 포스코만의 스트립캐스팅* 기술인 포스트립(poStrip)*을 활용하여 만들어지고 있다. 그렇다면 포스코의 써지컬 스틸이 대표적으로 어떻게 활용되고 있을까?
^*스트립캐스팅: 용광로에서 갓 나온 쇳물을 바로 열연강판으로 가공하는 공정.
^*포스트립: 포스코 자체적으로 성공한 스트립캐스팅 기술을 포스트립(poStrip)으로 명명.

PossRB1 : 0.67C-13Cr 성분의 마르텐사이트(Martensite)계 스테인리스 스틸로 PossRB1은 고탄소 특성으로 인해 통상 부엌칼(Kitchen Blade), 나이프(Knife)로 사용되는 420J2 강종(0.3C-13Cr)보다 경도가 월등히 높고 뛰어난 절삭력을 가지고 있어 주로 수술용 칼(Scalpel), 면도날 등으로 사용되고 있다.

304i : 9% 니켈의 STS304 강종으로 주로 주사침(Syringe needle)을 만들 때 사용한다. 주사침은 조관-인발 등의 공정을 거쳐 생산되며, 원소재의 청정도가 우수해야 인발 과정에서 파단이 발생하지 않고 좀 더 얇은 구경의 주사바늘 생산이 가능하다. 포스코의 304i는 스트립캐스팅(poStrip) 공정을 통해 청정도가 우수하여 제일 얇은 직경의 32Gauge(치과주사바늘) 제품까지 생산 가능한 특성이 있다.

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

드라마 <낭만 닥터 김사부>를 아시나요? 언제나 ‘사람’ 살리는 게 최우선인 천재 외과의사 김사부가 있는 돌담병원은 늘 환자들로 넘쳐나고 많은 사람들의 생사가 오가는 긴박한 장소로 드라마에서 묘사되죠. 수술실에서 김사부가 ‘메스~’ 하면 손에 착! 하고 올라오는 수술도구. 너무 차갑고 무서워 보이지만, 뾰족하고 매섭게 생긴 이 수술도구들도 알고 보면 그렇게 무서운 것은 아니랍니다. 그 이유는 스틸로 만든 이 도구들이 우리의 생명을 살리는 데 중요한 역할을 해주기 때문이에요.

특히 요즘엔 날로 확산되는 신종 코로나 바이러스로 ‘청결’과 ‘위생’에 대한 관심이 부쩍 높아지고 있어요. 여러분이 자주 가는 병원이나 극장, 대중교통 시설 등 사람들이 많이 몰리는 곳에서는 청결을 유지하기 위해 정부 및 지자체와 기업, 개인들이 최선을 다하고 있죠. 이때 가장 필요하고 유용한 것이 바로 써지컬 스틸(Surgical Steel)이라 불리는 의료용 스테인리스 스틸이랍니다. 왜일까요? 오늘 뉴스룸에서는 우리의 생명을 살리는 써지컬 스틸에 숨겨진 비밀을 소개해드릴게요.

l 세균 꼼짝마! 의료계 혁신을 가져온 스테인리스 스틸

써지컬 스틸에 대해 자세히 알아보기 전, 먼저 스테인리스 스틸이 발명되었을 당시로 거슬러 올라가 볼게요.

환자들이 위생적으로 의료 치료를 받을 수 있게 된 것은 1913년, 스테인리스 스틸의 발명 이후였답니다. 이전엔 비위생적인 환경에서 수술을 받다가 세균 등에 감염이 되어 많은 사람이 목숨을 잃었다고 해요.

세계보건기구(WHO)는 현대 의료 서비스의 가장 심각한 난제 중 하나로 치료 도중에 환자들이 감염되는 문제를 꼽기도 했는데요. 전 세계적으로 매년 수억 명의 환자들이 감염으로 인한 질환에 노출되고 있기 때문에 병원에서 위생적인 환경을 조성하는 것이 무엇보다 중요하다고 합니다.

실제로 2010년 WHO에서 발표한 자료에 따르면 100명의 환자 당 선진국 기준 7명, 개발도상국 기준 10명이 의료시설이나 기기에 감염이 되고, 고소득 국가에서는 중환자실 환자들의 약 30%가 감염에 시달리며, 저소득 국가에서는 그보다 2~3배 많은 감염 환자가 발생하는 것으로 나타났어요.

그렇다면 의료용 스테인리스 스틸인 써지컬 스틸의 특징은 무엇일까요? 바로 위생적인 면에서 뛰어나다는 것이죠! 써지컬 스틸은 녹슬지 않는 성질인 ‘내부식성’을 갖고 있어 부식될 염려가 없고, 다른 어떠한 부작용 없이 안전하게 살균 처리가 가능한 것이 특장점입니다. 수술용 메스나 주삿바늘, 부러진 뼈를 고정하는 나사처럼 신체 부위에 직접 닿거나 체내에 들어가도 안전한 덕분에 전 세계 병원에서 스테인리스 스틸을 사용하고 있는 것이죠.

만약 써지컬 스틸을 사용하지 않는다면? 녹슨 철이 몸에 들어갈 것이고, 결국 ‘파상풍’이라는 무서운 병에 걸리거나 각종 세균에 감염될 수 있어요. 그런데, 스테인리스 스틸은 무엇으로 만들었길래 부식되지 않는 걸까요? 지금부터는 그 비밀을 소개해드릴게요.

l 철강의 꽃, 스테인리스! 비밀은 상처 나도 재생되는 부동태 피막

여러분, 혹시 스테인리스 스틸의 별명을 아시나요? 바로 ‘철강의 꽃’입니다. 그 이유는 앞서 소개한 바와 같이 스테인리스 스틸에 녹이 거의 생기지 않기 때문이에요. 스테인리스는 철(Fe)에 크롬, 탄소, 니켈, 망간 등 몇 가지 원소를 첨가해 완성한 ‘합금강’이에요. 표면이 매끈하여 별도의 도금 공정을 거칠 필요가 없고, 내식성이 월등하여 사용 환경 제약이 적으며 위생적이죠. 또한 가공성도 우수하여 변형이 쉽고 강도가 높아 외부 충격에도 강하답니다.

스테인리스가 녹이 잘 슬지 않는 이유는 표면에 ‘부동태 피막’이라는 특수한 보호 피막이 형성되기 때문입니다. 이 부동태 피막은 스테인리스를 구성하는 원소 중 크롬(Cr)이 산소(O2)와 만나 산화되어 자연적으로 만들어진 산화크롬 피막(Cr₂O₃)입니다. 두께는 눈에 보이지 않을 정도로 매우 얇은 데요(약 2nm, 100만 분의 2mm). 무척 단단해서 철이 산화되어 녹이 생기는 것을 방지할 수 있어요. 이 산화크롬 피막이 긁혀서 표면의 일부가 파괴되더라도, 크롬이 다시 산소와 만나 피막이 빠르게 재생되는 성질을 갖고 있어요.

l 오래 써도 새것과 차이가 없다고요? 스테인리스 스틸의 놀라운 살균력

2017년 국제스테인리스강협회(ISSF, International Stainless Steel Forum)는 스테인리스 스틸의 놀라운 살균력을 보여주는 연구결과를 홈페이지에 게재했어요.

영국 맨체스터 메트로폴리탄대학교(Manchester Metropolitan University)와 생명, 환경과학 분야에서 프랑스 최고 권위를 인정받고 있는 아그로파리테크(AgroParisTech) 그랑제콜(대학)이 공동으로 진행한 이 연구는 병원과 같이 세균에 많이 노출될 수 있는 환경에서 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 얼마나 위생적이고 우리의 안전과 생명을 위해 중요한지를 설명하고 있어요. 연구결과를 간단히 소개해드릴게요~

먼저 연구자들은 2가지 스테인리스를 준비했어요. 하나는 오염과 세척을 반복했던 스테인리스 스틸(A), 나머지 하나는 완전히 새로운 스테인리스 스틸(B)입니다. 이 (A)와 (B)를 식중독과 감염을 주로 일으키는 치명적인 균인 ‘황색포도상구균’과 저항력이 강해 치료하기 어려운 균으로 꼽히는 ‘녹농균’에 노출시켜보았죠. 그리고 얼마간의 시간이 흐른 뒤 (A)와 (B)를 동일한 살균제로 소독했어요.

(A)와 (B)에서는 어떠한 차이가 있었을까요? 놀랍게도 이 두 샘플에서는 차이가 나타나지 않았고, 황색포도상구균은 99.9%, 녹농균은 97.6% 멸균된 것으로 드러났습니다. 이 실험에서 (A)를 통해 우리는 스테인리스 스틸이 오랜 시간이 지나도 위생적으로 안전하게 사용할 수 있다는 것을 알 수 있어요.

오늘은 철 중에서도 우리의 생명을 지키는 스테인리스 스틸에 대해 알아보았어요. 병원에 갈 때마다 날카로운 도구들을 보고 지레 겁부터 먹었던 친구들이라면 써지컬 스틸의 중요성을 생각하며 마음을 가다듬어 보길 바래요. 병원에서 보는 스테인리스 스틸은 차갑고 무서워 보이지만, 사실 ‘김사부’님처럼 우리의 생명을 지키는 따뜻하고 소중한 존재이니까요!