샤프닝의 실재 (공학적으로 바라본 연마 3-2)

1. 스테인리스강은 예리해지지 않는다?

2. 강재의 미세구조 그리고 야금학

3. 샤프닝의 실재-1, 샤프닝의 실재-2, 샤프닝의 실재-3

중, 1. 스테인리스강은 예리해지지 않는다?

2. 강재의 미세구조 그리고 야금학

3. 샤프닝의 실재-1에 이어

이번에는 3대 요소 중 문지르는데 사용되는 연마재에 대해 알아보고자 합니다.

연마재가 무엇인가?

경도가 높은 물질로 만들어져, 연마 작용을 하여 경도가 낮은 물질을 갈아내기 위해 쓰이는 것입니다.

소위 말하는 연마재의 방수라는 것은 입자의 크기(입자 직경, 입경)를 말하는데

일본어 番手반테- 에서 첫 글자는 일본어 발음 "반(방)"+ 뒷 글자는 한자를 그대로 우리식으로 읽어 수가 된 것입니다.

아예 한자로 읽어 번수라고 하던 아예 다른 한자를 차용하던 하는 게 문법적으로는 맞겠지만 오래 굳어진 표현이어서 저도 언어의 사회성을 고려하여 간혹 사용하겠지만 지양해야 할 표현입니다. 영문으로는 '그릿'이라는 표현을 사용하는데, 마찬가지로 직관적이지 못합니다.

숫자가 낮을수록 거친 것이고(입자 크기가 큼), 숫자가 높을수록 고운 것(입자가 작음)인데

입자크기대로라면 고울수록 낮은 마이크론 단위일 터인데 역순인 이유는 방수가 단위 면적내에 연마재 알갱이가 몇 개 들어가느냐를 각자 기준으로 대충(?) 잡은 값이기 때문입니다. 특정 회사와 국가에서 단일 제품만 만든다면 그런 방식의 표기법을 사용하는 것이 아무 문제도 없을 것입니다.

하지만, 실제로는 표기 방법이 국가와 표준, 그리고 연마재 제조 회사에 따라 제각각이기에 환산표가 없으면 제대로 알기 어렵습니다. 게다가 연마재 입자는 다양한 형상이므로 현실은 매우 복잡해집니다. 그러므로, 입도 표기는 최소한 투입된 연마재의 입경을 마이크로미터로 표기하여 직관성과 일관성을 갖추도록 하는 게 제조사와 소비자 모두에게 좋을 것입니다. 이렇게 표기하더라도, 원자재의 입경과 완제품이 만드는 연마 특성이 1대1 매치 되는 것이 아니기 때문에 만능은 아니지만, 그래도 변수가 하나라도 다소 고정되므로, 기존의 "방테 = 방수 = 번수" 표기방식에 비하면 훨씬 높은 일관성을 확보할 수 있게 됩니다.



https://www.gritomatic.com/

https://www.gritomatic.com/

주요 제조사의 입자 크기를 마이크론 스케일로 정리해둔 표입니다.

인의흑막은 Shapton, 초세라는 Chosera를 참조하시면 기존 숫돌과 다른 회사 제품들 간 입도 비교가 수월할 것입니다.

그런데 앞서 방수 표기 방식라는것이 같은 면적속에 연마재 입자가 몇개인지와 관련이 있다고 말씀드렸지요?

달걀판에 달걀 1개를 두고 아크릴 판을 얹은 뒤 사람이 올라가면 달걀은 바로 깨질 겁니다.(거친 것, 저방수)

반면에 달걀판에 달걀을 가득채우고 아크릴 판을 언고 올라가면 달걀위에 사람이 서있을 수 있습니다.(고운 것, 고방수)

즉, 같은 면적에 많은 입자가 있을수록 힘을 분산하게되어 같은 하중을 받아도, 적은 입자가 있는 것에 비해, 입자 하나하나가 받는 압력이 줄어들게 되는 것입니다.



https://www.quora.com/How-is-it-possible-for-people-to-lie-on-a-bed-of-nails

힘을 받는 지점이 늘어나면, 심지어는 대못 위에도 사람이 누울 수 있게 되는 것과 같은 원리지요.

날물에 주는 압력과 마찬가지로 연마재 입자 크기도 압력과 밀접하게 관련이 있는 것이지요.

거칠(방수가 낮을)수록 연마재 입자가 크고, 흠집이 크고, 거칠게 갈리고, 큰 버가 생기고, 표면이 깊이 데미지를 입는다.

고울(방수가 높을)수록 연마재 입자가 작고, 흠집이 작고, 곱게 갈리고, 작은 버가 생기고, 표면 데미지가 감소한다.

연마재 입도 : 입도는 마무리로 갈수록 미세한(작은 입경을 갖는)것으로!

연마재 방수 : 방수로 따지는 경우 마무리로 갈수록 큰 숫자로!

이제 이것을 압력과 종합해보도록 합시다.

연마재가 비교적 거칠더라도 낮은 압력이면 곱게 마감을 할 수 있고

연마재가 비교적 곱더라도 강한 압력을 주면 흠집이 생길 수 있습니다.

지나치게 고운 숫돌은 연마양이 적은데, 이것을 가지고 많은양을 갈아내고자 적정 수준을 넘는 강한 압력을 주면 날 전체에 큰 스트레스를 주게 된다는 것도 알 수 있습니다. 또 반복 횟수가 많아지면서 각도도 틀어지기 쉬울 겁니다.

갈아낼 양이 많은경우 : 압력이 적정압력 이상이 가해지지 않도록 갈아낼 양에따라 적극적으로 거친 연마재 활용

많은 양을 갈아낸 다음 : 점차 곱기를 올리되, 올리면서 마지막에는 압력을 낮추어 같은 거칠기에서도 적은 흠집과 손상을 남길 것

마무리 단계의 연마 : 과 압력에 주의하며 날끝을 가볍게 광내는 수준으로 연마할 것, 가벼운 연마로 날끝이 갈릴정도로 마무리되지 않은 상황이라면 압력을 더 주는 것이 아니라 과감히 거친 연마재로 내려갈 것

연마재와 압력 : 압력은 어떤 경우에도 적정압력 이상을 넘지 않게, 갈아낼 양이 많을수록 비례하여 더 거친 연마재 사용. 마무리로 갈수록 낮은 압력과 더 고운 연마재 이용

연마도구의 종류

종류에 대해서는 지금은 간단히만 집고 넘어가고 차후 연마재 성분과 강재에 대해 다루며 자세히 설명하겠습니다.

-연마석(숫돌, 砥石토이시・지석)

크게 땅에서 캐내는 원시숫돌과 첨단 숫돌로 나누게 됩니다.

https://toishi.jp/item/10460/

원시숫돌이라 함은 진짜 땅에 있는 돌중에 실리카와 같은 산화물이 많이 함유된 돌 중, 비교적 고른 입자 크기를 나타내는 것을 말합니다.

물이나 기름을 이용하여 표면 마찰을 줄이고, 칩을 배출합니다

일본 미국 벨기에 등지가 유명합니다.

일본 교토 광산의 숫돌의 주요 연마성분은 실리카이고, 공극, 바인더의 종류는 퇴적 지층에 따라 상이합니다.

하지만 훨씬 고른 품질을 나타내는 합성 연마재의 등장으로 인조석에 밀려 지금은 광산이 대부분 폐광되었고, 일부는 수석과 같은 개념의 사치/예술품으로 매우 고가에 거래됩니다.

원시 숫돌은 무엇으로 되어있나요?

https://jkprecisionanalysis.blogspot.com/2025/07/blog-post.html





첨단 숫돌의 대표주자 CGWS 다이아몬드 매트릭스

첨단숫돌은은 다양한 연마재와 그것을 고정하는 바인더, 그리고 공극으로 구성되어있습니다.

구성이 정밀하게 제어되어 언제나 일관되고 균일한 결과를 얻을 수 있습니다.

천연석과 마찬가지로 물이나 기름을 이용하여 표면 마찰을 줄이고, 칩을 배출합니다.

원시숫돌, 현대식 첨단숫돌 모두 단단한 표면을 갖기 때문에 높은 압력이 걸릴 수 있습니다.

첨단숫돌 역시, 재래식 연마재를 사용한 것과, CBN과 다이아몬드와 같은 수퍼연마재를 사용한 것은 사용 방식과 유지 관리에서 큰 차이가 나니 유의해야 합니다.

-사포(센드페이퍼. サンドペーパー산도뻬-빠-, 뻬빠, 紙やすり카미야스리)

종이나 천과 같은 섬유 위에 첩착제로 연마재를 부착한 것입니다.

부드러운 기반에 연마입자가 부착되어있어 압력을 적게주거나, 곡면을 연마하는데 도움을 줄 수 있습니다.

하지만 평이 중요한 경우 적합하지 못합니다.

https://www.dick.de/messer/en/cutting-edges/detail/poliert/fleischerstahl-rund-25-cm-poliert

철이나 세라믹으로 만든 봉형태의 제품입니다.

야스리로 불리곤 합니다.

엣지 끝을 1자로 정렬해주는 역할을 한다고 널리 알려져 있는데, 실제로는 그런 기능을 하지 않습니다.

봉 형태이기 때문에 엣지와의 접점이 1개 점의 형태이고 매우 높은 압력을 형성하여 비교적 경도가 낮은 철제라고 해도도 연마효과를 냅니다. 상당히 높은 압력으로 거칠게 엣지를 갉아내는 방식으로 작동합니다. 사용시 철가루가 나오는 것이 이를 증명합니다.



https://scienceofsharp.com/

엣지 수명에 그리 바람직하지 못합니다.

세라믹으로 된 제품의 경우 경도차이를 이용해 연마하는 것이 가능하기 때문에 봉 형태의 샤프너를 이용한다면 세라믹으로된 제품을 아주 가벼운 압력으로 사용하는 것이 유지력이나, 날물 수명에 바람직 합니다. 철제에 비해 좀 더 단단한 강재에도 적용가능합니다.

-랩

https://en.wikipedia.org/wiki/Lapping

유리나 돌, 금속등 매끈한 표면을 가진 랩이나 정반위에 연마제를 뿌리고

랩이나 연마대상을 문질러 연마하는 방식입니다.

목공에서는 날물의 연마보다는 숫돌의 평을 잡는데 주로 이용됩니다.

대단히 높은 평활도가 요구되는 보석, 정밀금속가공, 렌즈가공에 이용됩니다.

극도로 높은 정밀도를 요구하는 직각 마스터, 게이지 블록 역시 이런 방식을 사용합니다.

-연마제가 도포된(Pasted 페이스티드) 스트롭(Strop 革砥카와토・혁지->잘못된 직역 가죽숫돌)

사진 추가

유연한 가죽이나 패브릭에 연마제를 도포한 것입니다.

표면에 신축성이 있어 압력이 적게 걸리기 때문에, 같은 입자크기라고 해도 숫돌에 비해 훨씬 고운 마감이 가능합니다.

매우 고운 숫돌과 비슷한 작용을 합니다.

-아무것도 발리지 않은(Clean 클린) 스트롭(革砥카와토・혁지, 잘못된 직역 : 가죽숫돌)

가죽이나 패브릭입니다.

엣지가 휘어진 경우 매끈하게 정렬하고, 극히 미세한 연마작용을 갖습니다.

날의 변형을 거의 일으키기 않고 표면의 미세한 불균일함과 오염을 제거 합니다.

-CGSW Hard Strop

완전히 새로운 방식으로 된 첨단 폴리머 스트롭으로, 랩과 같은 방식으로 작동합니다.

피치와는 다르게 형상이 잘 유지되며, 금속이나 신터드 세라믹과는 달리 어느정도의 부드러움을 갖추고 있어, 매우 고운 마감을 남기며, 가죽이나 패브릭과 같은 신축성 소재에 비해, 엣지 정점에서 발생하는 부정적인 컨벡스 효과를 더 수월하게 통제할 수 있습니다.

지금부터 는 2편에서 말씀드렸던 열이 날물에 문제를 일으키는 원인을 말씀드리고자 합니다.

연마는 마찰로 이루어집니다.

마찰은 열을 발생시킵니다. 수공연마의 경우 연마속도가 느리기 때문에 열로 인한 문제로부터는 완전히 자유롭습니다.

하지만 전동 공구를 사용하는 경우, 노하우가 있다면 매우 빠른 속도에 어떤 부작용도 없이 높은 품질을 달성할 수 있는 반면, 발열에 대한 제대로된 대책이 없는 경우, 대를 물려 쓸수 있는 수준의 철물을 단 몇 초 만에 날붙이 모양을 한 쇳덩이로 만들게 되기도 합니다. (열처리한 조직이 변형됩니다.)

전동공구의 제대로된 사용은 작업효율은 물론 품질을 향상시키는 훌륭한 작업인 만큼 결코 배척해서는 안됩니다.

전세계 모든 수제 명품으로 불리는 날붙이는 작업에 반드시 전동 연마가 들어갑니다.

전동이냐 수공이냐 하는것은 손망치질을 하느냐 스프링해머를 쓰느냐 하는 단순한 효율의 차이입니다.

하지만 잘못된 사용에 대해서는 대단히 경계해야 합니다. 스스로 날물을 망칠 수 있으니까요.

시장칼갈이에 칼 맡겼다 칼 망쳤다는 흉흉한 소문과, 연마는 전동으로 하면 안되고 수공으로만 해야 한다는 잘못된 말이 정석처럼 들릴 정도니까요.

마찰은 압력이 높을수록, 공구의 속도가 빠를수록, 냉각제가 없을수록, 고운 연마재일수록 큰 마찰열을 작업물에 남기게 됩니다.

글을 보고 계신 분들 중, 목우님들께서는 전동 센딩도구를 사용한 경험이 많기때문에 금방 이해하실 수 있을 것입니다.

얼마나 짧은 순간에 마찰열이 쌓이는지요.



https://knifesteelnerds.com/

1095 탄소강의 템퍼링 차트입니다.

약 100도 이하에서는 아주 긴 시간을 놔두더라도 경도에 영향을 주지 않습니다.

하지만 강재가 템퍼링 온도 이상으로 과열되게 되면 경도가 하락하면서 강도가 감소하고

금방 무져디게 성질이 변하게 됩니다.

그러다 더더욱 과열된 경우 담금질 효과와 같이 지나치게 딱딱하고 부러지는 성질로 변합니다.



https://knifesteelnerds.com/2019/04/08/does-sharpening-with-a-grinder-ruin-your-edge/

65HRC로 경화된 강재의 표면이 과열된 경우의 모습입니다.

가장 심하게 과열된 표면은 과열된 뒤 급랭되어 깨지기 쉬운 상태가 되었고

가운데 부분은 경도가 낮아져 물러진 상태입니다.

제일 아래 짙은 부분까지 모조리 갈아내기 전까지는 날이 제대로 못버티는 상태가 되는 것이지요.

그런데, 비단 이런 과열이 시장칼갈이만의 문제일까요?

카페 내에 목우님들 중 건식, 고속 공구를 날물에 대었던 분들중 일부는 분명 이상함을 느끼고, 다시 숫돌로 간 경우가 있을 것입니다.

그렇습니다. 날물이 예리함은 얇은데서 옵니다.

그래서 날붙이의 끝은 매우 얇습니다.

얇다는 것은 금속의 양이 적다는 얘기고 같은 에너지를 받아도 커다란 금속 블럭과, 얇은 엣지 끝은 온도가 다르게됩니다. 날끝이 매우 미세한 사이즈이기 때문에 조금의 마찰로도 순식간에 과열되고 마는 것입니다.

손으로 잡고있는 부분이 뜨거운 시점, 날을 물에 담그자 끓어오르는 시점에는 이미 늦은 것이지요.

열에 저항이 좋은 분말 고속 공구강 종류를 사용했다고 해도 엣지 끝이 수백도로 올라버리면 열을 안먹은 부분까지 갈아내야만 정상 유지력이 나옵니다.



https://www.woodcraft.com/blog_entries/10-essential-sharpening-tricks-hone-your-sharpening-skills-and-your-tools#

전문적으로 연마하는 경우가 아니라면 건식으로 작동하는 고속공구에는 절대 날물을 안대는 것이 바람직합니다.

벨트 형식의 공구라면 적절한 대책을 세워 활용할 여지가 있지만, 건식 고속 회전숫돌은 아무리 전문가라도 절대 피하는 것이 좋습니다.

날이 과열됨은 물론, 숫돌이 파손되는 경우 고속 투석기로 변신해 인명피해로 이어지기 쉽습니다.

그리고, 설사 아무리 실력이 있어도 속도조절이 안되는 고속 공구에서 매우 빠른 속도는 허용되지 않습니다. 슬랙벨트를 이용하더라도 적당히 빠른 속도가 초벌에서만 허용이 될 뿐이라고 봅니다.

건식 고속공구로 작업을 하는 경우 전문가들의 대책은 이렇습니다.

1. 다량을 빠르게 깎는 경우 열처리 전에 작업한다.

열처리전 모양 만드는데 사용하는 경우, 작업 후 열처리가 진행되고, 표면은 이후 다 정리되기때문에 문제가 없습니다.

2.열처리된 철물을 작업하는 경우, 건식 고속 공구에서는 속도를 낮추어 고속이 아니게 만들고, 쿨란트(냉각제)를 분사하며, 허공에 뜨는 슬랙 벨트를 사용해 압력을 낮추고, 그 중에서도 공극이 많이 있는 거친 벨트를 사용한다.

냉각제를 분사해서 온도를 낮추는 것은 직관적입니다.

거친 벨트인 이유는 무엇일까요?

거친 벨트는 입자가 굵다보니 듬성듬성 틈(공극)이 크고 이 공극을 통해 공기가 지나다니며 냉각해주는 공랭효과를 극대화합니다.

또 거친 벨트는 떨어져나오는 칩이 많고 크기떄문에, 이 칩이 열을 다량 머금고 떨어져나와 추가적 냉각효과를 주기 때문입니다.

건식 회전숫돌의 경우 단단한 만큼 압력이 크게걸리기 때문에 과열을 피하기 힘듭니다. 그래서 같은 전동공구라고 해도 벨트인 것이지요.

그 중에서도 특히 압력이 적게 걸리는 슬랙 벨트에 낮은 압력으로 발열을 최소화 하는 것이 중요합니다.

3.절대 긴 시간 한곳을 작업하지 않는다. 연마되는만큼 열이 쌓입니다. 한곳을 대고 멈춰있으면 즉시 열이 쌓입니다.

끌같이 연마면이 좁은경우 아주 잠깐 대고 떼어서 식힌다음 다시 대는 방식을 사용하는 것이 좋습니다.

(유의! 과열에 대해 확실한 대책을 세운 전문가가 연마하는 경우임에도 스파크가 튀는 경우가 있습니다. 이것은 날이 과열되어 달아오른 것과는 전혀 다른 개념으로, 미세하게 갈려나온 쇳가루가 산화반응을 일으키며 타는 것이라 엣지의 온도와는 관계없이 튀는 불똥이니 의아해 하지 않으셔도 됩니다.)

연마재와 강재

2편에서 우리는 강재의 성분을 알아보았습니다.

그중 금속이 탄소와 결합한 단단한 입자인 카바이드를 기억하지는지요?

https://doi.org/10.1007/978-3-642-51505-7

카바이드 경도 표입니다.

이 중, 밑에 4가지 항목은 특히 주목할만 합니다.

천연석(원시숫돌)의 주성분인 실리카(이산화규소, 실리콘 산화물)

쿼츠(석영, 실리카로 구성됨) -> 마노, 수정류 보석 주성분

알루미나(산화알루미늄)->세라믹 숫돌, 피칼 플릿츠, 오토솔등 광택연마제의 주성분, 루비 사파이어등 강옥류 보석의 주 성분

실리콘 카바이드(탄화규소) -> GC숫돌, 카바이드 사포 주성분

경도가 낮으면 경도가 높은 것을 제대로 갈아내지 못합니다.

그런데 원시숫돌(천역석)의 주성분인 실리카는 물론, 쿼츠까지도 일부 크롬카바이드보다 경도가 낮습니다.

천연석은 크롬카바이드가 많이 함유된 스테인리스는 잘 갈지 못하고, 마르텐자이트 부분은 어느정도 연마할 수 있으리란걸 알 수 있습니다.

그래서 천연석으로 일본도를 갈면 느리게 식어 경화가 안된 무른 펄라이트는 실리카에 제대로 갈려 광택이 나는 반면, 마르텐자이트는 단단한 영역이 제대로 갈리지 못해 뿌연색을 띄게 됩니다. 이 차이가 바로 일본도의 하몬이고 경도차이에 따른 연마 정도의 차이로 그 무늬를 선명하게 하는 것입니다. (동시에 천연숫돌에 부식을 일으키는 화학적인 작용이 서로다른 조직에 작용하기도 하고, 저직 차이를 의도적으로 눈에 띄게 만들고자 각각 따로 연마하는 공정이 추가됩니다.)



https://yamaichi-hagane.jp/ysblades/

그렇다고 천연석으로 마르텐자이트나 공구강이 아예 안 갈릴까요?

정답은 아닙니다.

숫돌 표면만으로 보면 안 갈리는 것이 맞지만 숫돌 표면에 무른 부분이 갈린 뒤, 단단한 부분이 함께 떨어져 나오면 단단한 성분이 함유된 철가루가 들어간 슬러리(숫돌즙, 砥糞토쿠소)가 생기고, 숫돌 표면은 랩 정반과 유사한 것으로, 슬러리가 연마제로 작용하여 단단한 부분을 간접적으로 갈 수 있게 됩니다. (또 슬러리는 어느 정도 윤활작용을 하기도 해서 활주감에도 영향을 줍니다.)

그래서 숫돌은 슬러리에 갈리는 것이다, 슬러리를 버리지 마라는 얘기가 나오는 것입니다.

하지만 강재에 비해 무르다보니 빨리 닳아 금방 평이 무너지기도 하고, 슬러리에 단단한 성분이 녹아나올 때 까지는 무른 부분만 갈리며, 슬러리의 단단한 성분 농도가 너무 낮다 보니 연마에 지나치게 긴 시간이 듭니다.

경도가 높은 고합금강이라도 갈았다간 칼로 숫돌을 갈아내는 진풍경을 만나게 됩니다.

이 경우 급격하게 평이 무너지게 되는데, 평을 잡을때 마다 카바이드가 함유된 슬러리를 다시 만들어야 하니 여간 힘든 일이 아닙니다.

이런 래핑식의 연마는 연마속도가 아주 느리고 연마량이 적기 때문에, 버가 적게생기거나 제거되는 현상을 나타내는데, 이것이 인조석과 달리 천연석으로 갈아야 예리하다는 주장이 나온 원인이며(인조석에서 연마후 제대로 디버링 하지 못한 경우), 천연석의 입자가 불균일하기 때문에 다양한 미세 스크레치를 남기게 되는데, 식칼의 경우 칼날이 앞뒤로 움직이는 슬라이스 컷이기 때문에, 스크레치가 미세이빨 효과를 나타내고 천연석으로 갈아야 잘 잘린다는 주장이 나오기도 합니다.

만일 실제로 천연석에 그러한 미세 이빨 효과가 있고, 그것을 수퍼스틸에서 누리고자 한다면 다이아몬드나 cBN으로 완전히 마무리 연마 한 다음 마르텐자이트 부분만 천연석으로 가볍게 걷어내는 것이 바람직할 것입니다.

그러나, 지구 최고의 예리함을 내는 날은 실험실같은 공장에서 다이아몬드로 연마되고 있는데, 천연석으로 갈지많으면 절대 천연석만큼 예리해지지 않는다는 것은 어불성설이지요.

다만 천연석은 연마에도 사용가능하지만 그 자체로 보고 즐기는 수석 역할도 겸하기 때문에, 자연의 예술품 개념으로 점근하는 것이 좋겠습니다.

문제는 세라믹 숫돌입니다.

샤프닝의 실재 (공학적으로 바라본 연마 3-3)에서 이어집니다.

*허가없는 내용의 변경과 상업적인 사용은 엄격히 금지되어있습니다.