강재 연마시의 특성차를, 크게 탄소강과 스테인리스 스틸로 나누는 것이 옳은가

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대표적 탄소강 1095

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대표적 탄소강 5160

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대표적인 스테인리스440C

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대표적인 스테인리스 154CM

흔히 탄소강은 ~~ 다.
스뎅은~~ 다.

라는 일반론을 많이 보게 된다.

이 글에서는 그 이유와 한계에 대해 분석해보고자 한다.

탄소와 스테인리스 스틸로 나누는 분류가 나이프에서 옳은가?

-엔지니어링적 시선에서는 내식성이 무척 중요한 팩터이니 옳다.

누구는 염수에서 몇 시간 만에 완전히 죽을 쑤고
누구는 영원히 녹슬지 않는 것 처럼 보이는데

이보다 나누기 좋은 분류가 있을까?

-그런데 요리사들은 난색을 표한다.

심지어는 탄소강 내에서도, "아 그런 것 까지 탄소강으로 퉁쳐서 분류하면 좀..."

경험상 분명 차이가 나기 때문에 그런 언급을 하는 것일 텐데, 이유는 명확히 제시해주지 못하는 경우가 많다.

하지만 반드시 거기엔 이유가 있는 법이고, 누군가는 왜? 라는 의문을 가지기 마련이다.

비록 짧은 시간이었지만, 다수의 의견을 종합해서 분석해본 결과, 그 근본 원인을 특정할 수 있었다.

《카바이드》

그렇다 그 이유는 카바이드에 있다.

하지만 이를 이해하기 위해선 조금의 배경지식이 필요하니 먼저 알아보도록 하자.

우선, 논란의 시발점은 탄소강vs스뎅이다.

스테인리스 스틸이란 무엇인가?
크롬의 첨가로 내식성을 가져 녹이 슬지 않는,
스테인(녹자국) 리스(안나는) 스틸(강재)

크롬이 적어도 약 11% 이상 첨가되었는가 하는 요소가 스테인리스 스틸과 넓은 범위의 탄소강을 나누는 그나마 표준적인 기준으로 통용된다. (엄밀하게 매우 딱 떨어지는 정의가 없다!)

그 기본 원리는 다음과 같다.
철에 크롬을 때려넣으면 크롬이 먼저 산화되며, 표면에 광택이 좋고 치밀한 부동태 산화피막을 형성한다. 이때 만들어지는 부동태는 화학적 반응성이 무척 낮아, 표면에서 더 이상 화학적 변화를 일으키지 않고, 그 지점에서 산화가 멈추게 된다.

이것이 스테인리스 스틸이 스테인리스한 이유이며, 스테인리스 수저와 같이, 스테인리스제 식기에 혀를 가져다 대도, 간한 금속성 맛이 나는 대신, 거의 아무 맛도 느껴지지 않는 원리다.

치밀한 크롬 피막에 의해 외부에 직접 노출되는 철의 양이 극도로 줄어들어 녹이 슬지 않거나, 혹여 녹이 슬더라도 상당히 천천히 진행되도록, 그 속도가 억제된다.

반면 일반 탄소강의 경우 혀로 핥게 되면, 철분에 상당히 민감하게 반응하는 신체 특성상, 금속성 맛을 강하게 느낄 수 있을 정도로, 스테인리스와는 극명한 차이가 난다.

그런데 여기서 문제가 생긴다.

스테인리스의 녹 슬지 않는 특성을 부여하는 것은 크롬이다.
녹 안 난다고 크롬 '만' 냅다 때려 넣으면 되는가?
칼을 만드는 강재의 기본은 그 이름처럼 '탄소강' 인데, 크롬이 과량 투입되면 탄소를 잡아먹고, 여러모로 철의 성능에 문제가 생긴다.

그렇다고 탄소를 추가로 때려 박으면?

이건 이거대로 산화 피막을 만들어줄 크롬을 잡아먹어서 녹이 슨다.

???
진퇴양난의 상태에 빠지게 되는 것이다. 요컨데 ZDP-189의 경우가 그러하다. 소재 자체의 함량만 보면 탄소 3% 크롬 20%인데 주철도, 스테인리스도 아닌 희안한 특성이 나온다. 탄소와 크롬을 극단적인 수준까지 집어넣었지만 여전히 논스테인리스인 것이다.

그럼? 해결책은?

바로 그렇다.
단순 명쾌하고 별로 든 게 없던 탄소강에 크롬을 넣어 내식성을 확보한다.
동시에 철 대신 산화되어줄 자유 크롬을 충분히 남길 수 있도록 하여, 내식성을 해치지 않으면서, 나머지 측면의 물성을 개선해줄 원소를 적절히 배합하는 것이다. 즉, 복잡한 조성의 합금이 된다.

그렇게 정교하고 복잡하게 설계된 합금 강재를 만들면 내식성도 양호하고 다른 성능도 좋은 강재가 나온다. 그런 목적을 위해 집어넣는 원소들 중, 유지력을 향상시키고자 첨가하는 종류는, 탄소와 결합해 아주 단단한 물질인 카바이드(탄화물)를 형성하는 경우가 많다.

바로 이 지점에서, 앞서 언급한 카바이드가 등장하게 된다.

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카바이드가 풍부한 고급강재 중 하나인 S45VN

다양한 종류의 단단한 카바이드 입자들이 철의 구조물(철메트릭스)에 박힌 구조를 형성하게 된다.

카바이드 함량이 늘어나면 크기가 커지는 경향이 있고, 카바이드 크기가 지나치게 커지면 여러 문제가 생기기 때문에, 이와 같이 분말야금 기술을 사용해서 카바이드 입자 크기를 제한하여 더 나은 물성을 얻기도 한다.

Landes, R. “Messerklingen und Stahl.” Aufl. Bad Aibling: Wieland Verlag (2006).

파우더 파우더 하는 것도 다 카바이드 때문인데, 분말강이 좋다~ 파우더스틸이 좋다~고 얘기해주면서 카바이드 얘기 해주는 사람은 괄목해도 없을 정도로 적다. 굴지의 주방용품 브랜드인 독일의 Zwilling 헹켈에서 마이크로카바이드 스틸이라며 영문 MC+HRC경도 숫자 조합으로 강재를 표기하여 광고하는 것을 상기해보자. EX) MC63

특히 이 중, 바나듐은, 좀 한다는 철에는 다 들어가는 합금원소의 대표주자로 고급 스테인리스에는 반드시 바나듐이 들어간다고 해도 과언이 아니다.

그런데 바나듐 카바이드는 아주 아주아주 단단하다. 원시숫돌(천연석, 주 성분 SiO2)의 경도는 가뿐히 뛰어넘고, 샤프톤 인의흑막 및 나니와 초세라로 대표되는 마그네시아계 본드를 사용한 세라믹 숫돌의 세라믹 연마재(Al2O3)보다도 경도가 높아서, 이런 숫돌에는 직접 갈리질 않는다.

고급 스테인리스 -> 물성을 위해 초경 카바이드 형성하는 경우가 많음 -> 일반적인 허접 숫돌로는 잘 안 갈림(디버링도 잘 안됨) -> 예리하지 못함 -> 잘 안 잘림 -> 자르는 맛이 나쁘게 느껴짐

스테인리스 강재 -> 자르는 맛이 나쁘다는 평가

심지어는 칼이 숫돌을 갈아내는 속도와, 숫돌이 칼을 가는 속도가 비슷한 경우도 있다.. 잘 잘리지도 않는데 숫돌까지 왕창 사용하게 되니 좋은 얘기가 나올 리 없을 것이다.

그런데 그러한 원소들을 별로 함유하지 않은 탄소강엔 초경 카바이드가 거의 없으니 뭘로 갈아도 잘 갈린다.

탄소강 -> 함유된 각종 원소 적음 -> 초경 카바이드 적음 -> 잘 갈림(디버링도 잘 됨) -> 예리함 -> 잘 잘림 -> 자르는 맛이 좋게 느껴짐

탄소강 -> 자르는 맛이 좋다는 평가

날도 잘 서고, 금방 쉽게 갈리는 데다, 숫돌 소모도 적으니 금상첨화가 아닌가.

앞뒤를 다 잘라내면

탄소강은 자르는 맛이 좋고,

스테인리스는 자르는 맛이 나쁘다.

즉, 스테인리스라서, 탄소강이라서 자르는 맛이 어떻다는 영문을 알수 없는 이야기가 되는 것이다.

여기서 하나 더 생각해보자

앞서 언급한 "그런 애들까지 탄소강으로 퉁치면 좀..." 이라는 반응

그렇다. 그들이 말하는 넓은 범위의 탄소강(=논 스테인리스를 전부 탄소강이라고 부르는 경우)에는 내마모성을 극한으로 끌어올린 고카바이드 고합금강재까지 탄소강에 들어가버리기 때문이다.

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멕사멧 (위 사진)

탄소 2.15, 바나듐 6.0, 텅스텐 13, 크롬 4.75, 코발트 10.0, 망간 0.3, 규소 0.25

https://www.researchgate.net/publication/297754257_Semi-solid_processing_and_its_as_yet_unexplored_potential

REX 121
탄소 3.4, 바나듐 9.5, 텅스텐 10.0, 크롬 4.0, 몰리브덴 5.0, 코발트 9.0

고카바이드 탄소강(정확하게는 논스테인리스 고합금강) -> 안 갈린다 -> 안 잘린다 -> 자르는 맛이 나쁘다

"아무래도 자르는 맛이 나쁘니 이걸 탄소강이라기엔 좀..."

이 경우, 심지어 칼이 숫돌을 본격적으로 갈아내는 기기묘묘한 현상과 마주할 수 있다. 이런 강재들은 S30V, 마그나컷으로 대표되는 웬만한 수준의 고급 스테인리스보다 훨씬 더 많은 카바이드를 포함하고 있다.

또, 이들은 자유 크롬이 적더라도, 카바이드가 차지하는 표면적이 워낙 넓어, 철의 표면적이 상대적으로 줄어들다보니, 저합금 탄소강에 비해서는 내식성도 양호한 편이므로, 위와 같은 인식에 추가적으로 영향을 줄 수 밖에 없을 것이다.

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아오가미（青紙）슈퍼 (위의 사진)

탄소 1.4-1.5, 바나듐 0.3-0.5, 텅스텐 2.0-2.5, 크롬 0.3-0.5, 망간 0.2-0.3, 규소 0.1-0.2

이름은 수퍼지만 바나듐 & 텅스텐 눈꼽만큼 추가로 든 탄소강 -> 들어간 게 거의 아예 없는 탄소강보다는 안 갈린다 -> 안 잘린다 -> 자르는 맛이 나쁘다.

"얘도 자르는 맛이 좀..."

황2
탄소 1.05-1.15, 망간 0.2-0.3, 규소 0.1-0.2

백2
탄소 1.05-1.15, 망간 0.2-0.3, 규소 0.1-0.2

별로 든 게 없는 탄소강 -> 별로 든 게 없음 -> 잘 갈림 -> 예리함- > 잘 잘림 -> 자르는 맛이 좋다

"바로 이거지!!!!"

역시 카바이드 때문이다.

소위 자르는 맛이 좋다고 하는 강재들은 별로 든 게 없고, 연마가 용이한 강재인 것이다.
포켓나이프나 서양식 쉐프나이프의 경우 연마면적이 좁아 이런 차이가 비교적 크게 느껴지지 않지만, 예각인 날 옆면의 넓은 면적을 갈아내야 해서 연마시 삭제해야하는 강재의 양이 압도적으로 많은 일본식 외날칼의 경우, 양날 칼에 비해 연마시 강재 내마모성의 차이가 더더욱 극명하게 드러난다.

그래서 양날 칼로는 잘 나타나지 않는 미묘한 수준의, 조금 더 잘 갈리고, 잘 안 갈리고의 차이가 확연히 다른 느낌과 결과물로 이어지고, 같은 강재라 해도 외날과 양날간의 너무나 극명한 차이가 나다 보니 적절한 분석이 이뤄지기 어렵다.. 이걸 두고 나름의 자의적인 설명법을 찾기 시작하면, 종종 미신에 가까운 소문이 되기도 하고, "해보니 그렇긴한데 왜인지는 모르겠다" 는 이야기가 되기도 한다.

열처리에 따른 강재의 물성 차이를 발생시키는 주요 원인 중 하나가 카바이드이기도 하다. 즉 같은 강재라해도 외날인지 양날인지와 열처리에 따른 차이, 사용하는 숫돌의 차이까지, 너무나 큰 변화를 만들고, 제대로된 비교를 위한 적절한 조건 통제가 너무나 어려움을 알 수 있다. 이런 점을 생각해보면, 수많은 경력자들이 제대로된 원인 지목에 실패해온 것이 무척 당연하게 느껴지기도 한다

결론적으로 연마 특성에 대해서는 탄소강과 스테인리스라는 분류보다는

카바이드의 함량에 따른 분류가 칼과 연마 측면에서는 더 적합한 분류일 수 있음을 알 수 있다.

그렇다면 연마에서의 차이는?

카바이드보다 경도가 낮은 연마재로 간다고 아주 안 갈리냐?

반드시 그렇지만은 않다.

앞서 언급한 대로, 강재는 철 매트릭스에 카바이드가 단단히 박힌 구조라고 생각하면 된다. 경도가 낮은 원시숫돌(소위 천연석)이라고 해도 철 매트릭스보단 경도가 높고 철을 갈아내고, 철이 잔뜩 갈려나오면 철 매트릭스가 붙잡고 있던 카바이드 입자도 어느 시점에는 결국 떨어져 나온다. 그러면, 숫돌에서 생긴 슬러리(숫돌즙, 砥クソ（砥汁・砥石の粒子）)에는 연마제+갈려나온 철부스러기+카바이드입자가 들어있어서, 칼 자체에서 나온 성분으로 어느 정도 연마는 가능하게 되는 것이다.

그렇기 때문에 원시숫돌(천연석)을 주로 쓰던 옛 사람들은, 누구든 거의 빠짐없이

"칼은 숫돌에 갈리는 게 아니라 숫돌즙에 갈린다" 는 얘기를 하는데, 바로 이런 이유 때문인 것이다.

고경도 연마재가 제대로 손에 들어오지 않던 당시, 경도가 제대로 나오지 않는 연마재인 숫돌을 일종의 슬러리를 올려둘 베이스(lap)로 사용하고 칼 자체에서 유래한 고경도 성분과, 칼에 갈려 나온 숫돌 속 낮은 경도의 연마재가 뒤섞인 슬러리를 연마제로서 이용하는 방법은 꽤 쓸만한 것이었을 것이다.

차등 열처리(의도적인 열처리 결함 유도)서 발생하는 조직의 경도차이를 무늬로 나타내는 연마(하몬을 선명하게 하는 과정) 역시 경도가 낮은 연마재를 사용하여 카바이드와 조직의 차이로 인해 연마되는 정도가 달라지는 것을 이용한다. (화학적인 방법을 이용하는 에칭과는 또 다른 것으로, 천연석의 경우 상당히 산성인 숫돌도 더러 있어, 낮은 경도에 의한 불균일 연마 작용에 산화작용이 복합적으로 작용할 여지는 있으나, 이는 어디까지나 미관에 관련된 것이지 칼의 성능과는 무관)

하지만 매번 숫돌을 불리고 슬러리를 발생시켜 모아가며 연마하는 것은 쉽지 않은 일이며, 강재가 좋아질수록 숫돌이 매우 빠르게 갈려나가기 때문에 작업 곤란하고 비용이 지나치게 많이 소요된다.. 어떻게 갈아낸다고 해도, 균일한 결과를 내기 어려워, 결국 주류로서 더 나은 연마재를 이용하기 시작했고, 미리 불릴 필요도 없고, 슬러리 없이 표면 자체가 충분한 연마성을 가져, 바로 연마가 가능한 마그네시아계 스플레시 엔 고 타입 세라믹 숫돌이 그 주인공이다.

세라믹을 사용하는 경우 경도가 낮은 카바이드까지는 직접 갈 수 있기 때문에, 제조사에서는 균일한 결과를 위해서 오히려 슬러리를 물로 흘려내 제거하며 사용하길 권하지만, 이런 세라믹도 원시숫돌과 마찬가지로 고경도 카바이드는 직접 갈아내지 못한다. 내 마모성이 높은 강재의 경우, 칼이 갈리기는 커녕 숫돌이 갈리는 현상이 동일하게 발생하는 것이다.