1. 서 론
쌍자총통은 승자총통의 총구 두 개를 병렬로 붙여 놓은 것과 같은 형태로서 장전시간 지연에 따른 사격의 효율성을 높인 화기이며, 『신기비결(神器秘訣)』에는 ‘쌍안총(雙眼銃)’으로 기록되어 있다. 조선 초기부터 총통과 관련하여 『세종실록』에 세종 4년(1422년)에는 여연(閭延, 4군 6진 중 하나)을 방비하는 군사에게 총통 쓰는 법을 익히게 하였고, 세종 30년(1448년)에는 제도의 감련관(監鍊官)에게 총통의 주조를 정밀히 하도록 유시하였다는 기록이 남아있다. 쌍자총통이 제작된 선조 16년(1583년)은 함경도 경원부(慶源府)의 니탕개(尼湯介) 등이 2∼3만 명이 넘는 대군을 일으켜 경원부와 아산보(阿山堡)를 함락시키는 니탕개의 난이 일어나 6진이 위협을 받는 일이 발생한 해로, 이 시기에는 승자총통의 제작이 주를 이루었다. 쌍자총통은 승자총통의 형식과 제작기법이 유사하나 총구와 약선혈의 개수에 차이점이 있다. 쌍자총통과 같이 여러 개의 총구가 연결된 것은 총구가 3개 연결되어 제작된 삼안총(三眼銃)이 있으며 현존하는 보물 삼안총은 선조 26년(1593년)에 제작되었다.
보물 쌍자총통은 동아대학교 석당박물관에 소장⋅전시되고 있으며, 형태는 좌⋅우 두 개의 총구가 연결되어 있고 하나의 모병을 가진 구조이다. 좌⋅우 각각 3개씩의 화약심지 구멍이 있어 각각 3개 층으로 장전한 다음 앞에서부터 차례로 심지에 불을 붙여 사격할 수 있도록 제작되었다. 모병에는 명문이 새겨져 있으며 사용법과 제작 시기 등의 정보가 기록되어 있다(Seokdang Museum of Dong-A University, 2014).
현재 국내에는 동아대학교 석당박물관 소장 보물 쌍자 총통을 비롯하여, 국립중앙박물관, 육군사관학교 육군박물관, 영천역사박물관, 대구가톨릭대학교 박물관, 경남대학교 박물관 등에서 소장하고 있다(Cultural Heritage Service, 1986, Daegu Catholic University, 1992, Institute of Military History, 1977, Korea Military Academy, 1992).
쌍자총통의 내부 구조와 제작기법을 파악하기 위해 방사선 비파괴조사와 표면상태 및 명문관찰을 위한 현미경 관찰, 정밀 3D스캔을 진행하였다. 표면 부식물과 구성재료의 미세조직 성분분석으로 XRF, XRD, 금속현미경, SEM-EDS 분석을 진행하여 총통의 상태 및 재질을 파악하였다. 명문의 내용과 과학적 조사 결과를 바탕으로 쌍자총통의 제작방법을 파악하였다.
2. 보물 쌍자총통
쌍자총통은 총구와 약실, 모병으로 이루어져 있으며, 총구는 2개를 연결한 형태로 총구에서는 2개의 죽절이 관찰된다. 좌우 총구에서는 약선혈이 3개씩 총 6개가 관찰되며 우총구에서 관찰되는 약선혈은 총구 연결주 방향으로 치우쳐져 있으며 좌총구에서 관찰되는 약선혈은 측면선의 중앙에 맞춰 위치한다. 모병에 음각으로 명문이 관찰되고 모병 끝부분에는 나무자루를 고정시킬 수 있는 멈치못 구멍 2개가 있다(Figure 1).
총통의 제작방법은 거푸집을 위 아래로 정확하게 제작하여 기물을 완성하는 쌍합범이며, 그 흔적으로 측면에 주조분할선과 표면에는 주조로 인한 구멍이 다수 관찰된다(Figure 2A). 측면 주조분할선의 일부에서는 요철(凹凸)형 연결부도 있으며, 이 요철로 거푸집이 어긋나지 않게하여 보다 안정한 상태로 주조할 수 있던 것으로 추정된다(Figure 2B). 또한 쌍합범 주조 중에 발생한 주조분할선 주변의 불균일한 상태를 다듬기 위하여 줄 등을 이용한 연마흔도 확인되었다(Figure 2C). 그리고 총구와 모병을 연결하는 부분에서는 일부 어긋남이 확인되기도 하였다(Figure 2D). 주조 이후 모병에 음각으로 글을 새긴 것으로 보이며, 총통 표면의 일부에는 철 부식물이 관찰된다(Figure 2E, 2F). 보물 쌍자총통의 제원은 다음과 같다(Table 1).
3. 분석방법
3.1. 명문
쌍자총통 형태와 명문 확인을 위하여 사진촬영, 현미경촬영, 3D 스캔을 실시하였다. 모병의 촬영(EOS M6 MarkⅡ, Cannon, JPN)은 접사렌즈를 이용하였으며, 명문 관찰을 위하여 실체현미경 (Leica MZ7, DEU), 표면 채플릿 관찰을 위해 디지털휴대용현미경(Dino-Lite Edge, AnMo Electronics, TWN)을 이용하여 촬영하였다. 유물의 형태와 명문을 확인하기 위해 고정형 광학식 3D 스캐너(Polyga Advance R5X, 4DGATE, CAN)로 고해상도의 컬러 텍스쳐 데이터를 획득하였다.
3.2. 내부구조
쌍자총통의 내부구조 조사를 위해 X선 투과조사, γ선 투과조사와 컴퓨터단층촬영(Computed Radiography, 이하 CT)분석을 실시하였다. X선 투과조사(Smart EVO 225DS, YXLON, DNK)는 220 kVp⋅5 mA⋅90∼120 sec의 조건으로 촬영한 뒤, 이미지 획득 장비(CRxVision, GE, DEU)를 통해 이미지를 획득했다. γ선 투과조사는 선원강도 20 Ci인 코발트-60의 감마선 선원에 선원과 유물 간 80 cm의 거리를 두고 40분간 노출시켜 투과 조사하였다. CT(Y.CT, Modula, YXLON/DEU)조사의 분석조건은 500 kV⋅1.4 mA으로 횡단면과 종단면으로 총통을 관찰하였다.
3.3. 표면 성분 분석
화학조성 분석을 위해 에너지 분산형 X선 형광 분석기(EDXRF, 이하 XRF)와 X선회절분석기(이하 XRD) 분석을 진행하였다. XRF(VANTA, Olympus, USA)로 유물 표면을 조사하였으며 분석조건은 0∼40 kV, 80∼200 μA, Rh Target, Silicon Drift Detector, 분석 시간은 Alloy Mode에서 50초, spot size 15 mm로 측정했다. 유물의 표면에 발생한 부식물 동정에 XRD(Empyrean, Malvern Panalytical, NLD)를 이용하였으며 Cu Target을 이용하여 40 kV, 40 mA, 5°∼70°까지 0.026°/sec의 조건으로 분말시료를 Spinner stage에 올려 분석하였다.
3.4. 미세조직 분석
박락된 시편을 대상으로 금속현미경과 주사전자현미경(이하 SEM) 미세조직 및 에너지분산형분광분석기(이하 EDS)로 성분을 분석하였다. 미세조직을 관찰하기 위해 채취된 시편은 에폭시 수지로 마운팅하고 200∼4,000 mesh까지 단계별 연마하고 연마제(1μm diamond suspesion)를 이용하여 미세 연마하였다. 연마된 시편은 염화철 부식액(FeCl3+HCl+Ethyl Alcohol)용액으로 관찰면을 에칭하여 금속현미경(Leica DMRBE, DEU)으로 관찰하였다. 금속현미경으로는 관찰이 어려운 미세조직이나 도금층은 시편 표면을 탄소(carbon) 코팅하고, SEM(JEOL IT300, JPN)으로 확대 관찰하며 EDS(OXFORD, GBR)로 분석하였다. 이때 바탕금속의 전체적인 성분 조성은 300∼400배의 배율에서 3회 이상 면분석한 측정 결과를 평균값으로 구했다.
4. 분석결과
4.1. 명문 내용과 제작기법
쌍자총통의 명문을 접사카메라와 현미경, 3D 스캔으로 확대 관찰하였다. 쌍자총통의 모병에 위치하며 멈치못의 좌측으로 돌아가며 새겼다. 일반적으로 명문을 새기는 방법에는 양각, 음각, 점각 등이 있으며 쌍자총통의 명문은 음각으로, 총통의 주조 후에 새긴 것으로 보인다. 새김 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 새겨나갔으며, 새김 형태는 가로획의 방향은 주로 우측이 깊고 넓으며 좌측이 얇고 좁게, 세로획은 위가 깊고 넓으며 아래가 얇고 좁게 새겨졌다. 획의 끝 삐침 부분은 실제 획과 유사하게 새겼다. 따라서 명문은 직사각형 새김정을 비스듬하게 뉘어 망치로 두드리며 새겼을 것으로 추정할 수 있다(Figure 3, 4). 또한 획의 방향에 따라 총통의 위치를 변경하며 새겨나간 것이 확인되었다. 만(萬)의 제작 방향을 보면 위의 두 획의 새김 방향이 다른 것을 알 수 있다(Figure 5).
명문의 내용은 제작년월, 총통의 명칭 및 무게, 장인의 성, 심지의 길이, 화약 장전량, 탄환의 수량 순서로 새겨져 있다. 기존에 알려진 명문의 내용은 육안관찰과 탁본으로 확인한 내용으로 동아대학교 발간자료에서는 ‘萬曆癸未八月日 双字五斤二兩 匠『加每一穴線一寸半 藥二戔式 丸二式’로 확인된다.
명문의 제작 순으로 알아보면 제작년월(萬曆癸未八月日) 부분에서는 중국의 연호와 육십갑자가 함께 기록되어 있다. 승자총통 이전의 총통에서는 제조연도가 있어도 간지로만 기록되어 있어 당시 사람이 아니라면 전혀 알 수 없었다. 그러나 승자총통 단계에 오면 만력 연호를 사용하여 월까지 정확하게 기록하고 있다(Seo, 2021). 만력(萬曆)은 중국 명나라의 제13대 황제인 신종(神宗) 만력제(萬曆帝) 주익균(朱翊鈞) 때의 연호이며, 1573년을 원년으로 한다. 따라서 만력 계미(癸未)는 선조 16년(1583년)을 의미하고 8월에 주조하였음을 알 수 있다. 현재 명문이 남아있는 소형총통류 중 만력 계미년(1583년)에 제작된 총통은 쌍자총통 중에서는 국립중앙박물관, 영천역사박물관, 대구가톨릭대학교 박물관 소장품들이 같은 해에 제작되었으며, 경기도박물관 소장 승자총통(소장6282, 소장6283) 2점과, 국립중앙박물관 소장 승자총통(본관13569) 1점, 경희대학교 중앙박물관 소장 승자총통(800007) 1점, 경남대학교 승자총통(V-2-0038) 1점, 연안김씨 묘 출토 승자총통 등도 확인되어 1583년에 많은 총통이 제작되었음을 알 수 있다.
명칭 및 무게부분(双字五斤十二兩)에서는 총통의 명칭이 ‘쌍자(双字)’ 임을 알 수 있다. 그리고 무게와 관련된 부분에서 글자의 형태를 현미경과 3D 스캔으로 확대 관찰한 결과 작게 새겨진 ‘十’이 새로 확인되었다(Figure 6). 따라서 총통의 무게는 5근 2냥(五斤二兩)이 아닌 5근 12냥(五斤十二兩)이다(Figure 3, 6). 『경국대전』에서는 조선 전기 제4대 세종 때 작성되어 세조 초기까지의 길이⋅부피⋅무게 단위를 정리하였다. 『경국대전』 도량형 부분 중 무게부분을 참고하면 1分=10釐, 1錢=10分, 1兩=10錢, 1斤=16兩으로 삼았으며 큰 저울(大稱)은 100근, 중간 저울(中稱)은 30근, 작은 저울(小稱)은 3근 혹은 1근이다’라고 기록하고 있다. 따라서 명문에 기록된 총통의 무게는 3,450 g(1근: 600 g, 1냥: 37.5 g)으로 실제 쌍자총통의 무게(3,418 g)와 큰 차이가 없음이 확인되었다.
장인의 이름(匠『加) 부분은 현재 사전에서는 검색되지 않아 1984년 출간된 『명문한자대자전(明文漢字大字典)』을 참고하여 ‘『’은 검소할 ‘검’으로 확인되었다. 따라서 성은 검가로 추정하고 있다. ‘검(『)’자는 ‘검(儉)’자의 옛글자로 흔치 않은 글자이므로, 기존의 총통에 화포장으로 시문되어 있는 서(徐)가 규(揆)가와 동일인일 가능성도 제기된다. 하지만 묵서의 글자와 명문의 글자가 일치하고 있어 ‘검(『)’가는 ‘서(徐)’가 ‘규(揆)’가와 다른 화포장으로 추정된다(Lee et al., 2005). 모병의 명문을 통해 동일한 장인이 제작한 것으로 추정되는 총통은 영천역사박물관 소장 쌍자총통, 경기도박물관소장 승자총통(소장6283), 경남대학교 승자총통(V-2-0038), 연안김씨 묘 출토 승자총통, 해군사관학교박물관 차승자총통(47)에서도 확인된 다(Gyeonggi Provincial Museum, 2005, Seo, Y.h., 2021). 또한 쌍자총통에는 현재와는 다른 획으로 쓰인 글자는 만(萬)과 반(半)에서도 확인된다(Figure 6).
심지의 길이(每一穴線一寸半) 부분에서는 쌍자총통의 약선혈에 사용한 심지의 길이를 추정해 볼 수 있다. 과거 길이 표준으로 취급되어온 것은 한 자(尺)의 길이였으나, 그것의 기준이 된 것은 한 치의 길이이다. 치는 촌(寸)라고도 한다. 『경국대전』 도량형 부분에 길이(尺度) 부분에서는 1分=10釐, 1寸=10分, 1尺=10寸, 1丈=10尺로 기록되어 있다. 쌍자총통의 심지는 구멍 하나당 사용하며, 길이는 1촌 반이라고 확인된다. 한치(寸)는 한자(30.3 cm)의 10분의 1로 약 3.03 cm에 해당하므로 심지의 길이는 4.54 cm였을 것으로 추정된다. 총통에 약선을 끼우는 방식은 약통 속에 화약을 넣기 전에 끼우며 약선의 전체 길이의 반은 약통 속에 넣고 나머지 반은 약통 밖에 나오게 끼워 사용한다. 『화포식언해』의 재작식(裁作式)에는 대(1尺4寸)⋅중(9寸)⋅소약선(9寸)으로 4가지 약선이 있다고 기록되어 있고 쌍자총통의 경우 매우 짧은 심지혈을 가져 소소약선에 속할 것으로 보인다. 소소약선은 월자총통의 기록에서 알 수 있는데 “월자총통은 소소약선 반반조를 사용하고 화약은 5분...”이라고 확인되고 있다.
화약장전량(藥二戔式) 부분과 탄환(丸二式)의 수량 부분에서는 사용화약량과 탄환의 수량을 알 수 있다. 무게 단위로서의 전(錢)은 중국의 경우 당나라 때 동전인 개원 통보(開元通寶) 한 개 무게를 이용해 물건 무게를 표현한 것이 기원으로 알려져 있으며 화약의 양이 2전(1전=3.75 g)이라 기록되어 있어 화약은 7.5 g이 사용되었을 것으로 보인다. 또한 쌍자총통은 화살이 아닌 탄환식으로 2개가 사용되었음을 알 수 있다. 따라서 좌우총구에 사용된 총 화약량은 45 g, 총 탄환의 개수는 12개였을 것으로 추정된다.
4.2. 내부구조
쌍자총통의 내부 구조를 파악하기 위해 X선과 γ선을 이용한 방사선 투과조사와 CT를 이용한 내부구조 조사, 내시경 조사를 실시하였다. 내부 구조 및 보존 상태를 확인하기 위한 방사선 투과조사 결과 쌍자총통은 주조기법으로 제작되었음을 확인하였다. 내부에는 많은 기포가 관찰되며, 다양한 크기의 기포가 총통의 전체에 걸쳐 확인된다. 이 기포는 제작 당시 주조에 의한 가스가 내부나 표면에 생성된 채로 굳어진 기포로 보인다. 총구는 총구 2개가 하나로 연결되어 있으며 모병과 연결되어 있다. 내부를 살펴보면 동일한 규격의 총통 2개가 연결된 모양으로 내부에 동일한 크기의 화약과 탄환을 넣을 수 있는 공간이 격벽으로 나누어져 있다. 두 개의 총구를 연결한 내부의 격벽의 두께는 총구 외부 두께와 유사하다. 총통 총구부에서는 약선혈이 관찰되는데 상면 3개와 측면 3개로 총 6개가 확인되었다. 모병은 하나로 제작되었으며 총구와의 연결부 밀도가 가장 높아 뒷부분이 가장 튼튼하게 제작되었다(Figure 10).
쌍자총통을 CT로 조사한 결과 내부에서는 많은 주조 기포가 확인되며 특히 총구의 입구쪽으로 갈수록 기포가 많이 분포하고 있다. X선과 γ선 조사에서 정확한 관찰이 어려웠던 약선혈의 각도와 내부 채플릿(주물 내외틀 고정핀)의 위치가 확인되었다. 약선혈은 1열과 2열의 경우 상면은 사선으로, 측면은 수평으로 관통됨이 확인되며 모병의 멈치못은 2군데가 확인되었다.
쌍자총통의 기포는 주물결함 중 공동에 해당하며 주형 내에서 배출되지 못한 가스에 의해 생기는 결함으로 추정된다. 주물결함의 국제 분류법에 의거하면 B100(공동부분에서는 맨눈으로 볼 수 있는 둥글고 매끈한 구멍)이 확인되며, X선과 CT에서는 B110(주물 내부에 생성하여 기계가공 파괴 등 특수한 방법에 의해서만 관찰되는 B100형의 구멍)도 확인 가능하다. 이 중 구멍들은 B111(내벽이 매끈하고 둥글며 크기나 다양한 내부구멍, 주물의 모든 부위에 독립적으로 또는 떼를 지어 존재함), B123(주물 표면에 약간 넓게 분포하는 미세기공)의 형태로 관찰되고 있다(Kim, 1991).
채플릿은 주조 시 내형의 고정과 내⋅외형의 공간 유지를 위해 사용되는 주형 부속품이며 문화유산연구 분야에선 형지, 형틀받침쇠 등으로 불린다(Jinju National Museum, 2019). 코어가 중심에 위치하지 못하고 한쪽으로 치우치게 되면 편차가 생겨 화약 폭발 시 취약부위가 된다. 이런 현상을 방지하기 위해 코어 고정 채플릿을 설치하며 용탕을 주입하면 총통의 기벽 속에 채플릿이 위치하고 표면에는 잘 보이지 않는다(Huh, 2021).
채플릿은 철로 제작되어 청동인 쌍자총통과는 밀도 차이가 발생하여 구분이 가능하다. 채플릿의 형태는 W모양으로 상면에 3개, 하면에 3개가 확인되었다. 가로가 긴 형태의 채플릿의 평균 측정치는 0.57 mm × 2.24 mm이다. 쌍자총통의 표면에서 관찰되는 철 부식물의 위치와 일치함이 확인된다(Figure 11).
총열의 내부공간은 한쪽으로 치우치지 않고 중심에 위치하여야 동일한 두께의 고른 총열 기벽을 가질 수 있다. 쌍자총통은 총열 내부가 균일한 두께를 유지한다. 조선 중기 승자총통부터 기벽 단면에 내형을 고정시키는 채플릿이 관찰되며 고른 기벽 형성을 위한 노력이었을 것으로 예상한다(Huh 2021). 총구입구는 좌총구 12.77 mm, 우총구 14.59 mm로 2 mm 내외의 차이를 보이나 내경은 좌총구는 11.92∼12.77 mm, 우총구는 12.16∼12.28 mm의 범위를 보여 1 mm 내외의 차이를 확인할 수 있다. 쌍자총통의 총구 내경 둘레는 1열에서 3열까지 좌총구는 6.30∼6.69 mm, 우총구는 6.44∼6.69 mm의 범위 내에 있어 약 3 mm 내외의 차이를 보인다(Figure 12). 따라서 총열의 내부구조는 전반적으로 총구부터 약실까지 큰 차이를 보이지 않고 거의 균일하게 진행되다 약실 끝부분에서 둥글게 마무리되는 것이 관찰된다.
약선혈의 경우 좌총구와 우총구가 다른 방향으로 확인되는데 좌총구의 약선혈을 기준으로 우총구의 약선혈은 1열각도 66.17°, 2열각도 65.97°, 3열각도 86.17°로 확인되며 약선혈이 같은 방향으로 위치하였을 때 심지에 불을 붙이면 주변 심지에 옮겨붙는 것을 방지하기 위해 설계한 것으로 추정된다(Figure 13). 이와 관련하여 『신기비결』에 쌍자총통과 관련한 사용법이 자세히 기록되어 있다. 『신기비결』은 한효순(韓孝純)이 선조 36년(1603년) 함경도순 찰사(咸鏡道巡察使)로 재임할 때 편찬한 병서(兵書)로 1권 1책, 활자본으로 화약병기에 대한 장방법(裝放法)과 제가병법(諸家兵法)을 해설한 책이다. 쌍자총통을 쌍안총으로 기록하고 있으며 사용법이 자세히 적혀 있다. 쌍자총통의 장전 방법은 총 닦고 - 화약심지 넣고 - 화약 내리고 - 복지(덮개종이) 내리고 - 납탄알 내리고 - 토격을 내리되 힘주어 다진다. 좌총 제 3⋅2⋅1층과 우총 제 3⋅2⋅1층의 장전 방법은 앞에서 장전하고 다지는 방법과 같다. 발사 방법은 먼저 화승으로 좌총 제1층 화약심지에 불을 댕겨 발사하는데, 이는 좌총 제1층의 발사가 된다. 다시 화승으로 우총 제1층 화약심지에 불을 댕겨 발사하는데, 이는 우총 제1층의 발사가 된다. 이후 좌총 제2층, 우총 제2층, 좌총 제3층, 우총 제3층 순으로 발사한다. 발사 시 주변심지 종이에 붙어 연발되는 경우가 있었으므로 종이로 화기의 여섯 구멍에 화약심지를 덮어 발라두었다가 발사 시 개방하면 우려를 없앨 수 있다고 기록되어 있다(Institute of Military History, 1994).
4.3. 표면 성분분석
비파괴 성분 분석인 XRF로 총구, 모병, 철부식물(채플릿)의 표면 성분을 분석한 결과, 쌍자총통의 주성분은 구리(Cu)–주석(Sn)–납(Pb)을 주원료로 하는 3원계 합금인 청동으로 판단된다. 청동은 구리와 주석의 합금으로, 화학 조성 비율에 따라 재료의 기계적 특성이 변화한다. 특히 총통은 화약의 폭발력을 견뎌야 하므로 Cu와 Sn의 함량비가 중요하다(Lee et al., 2023). 청동의 기계적 성질은 주석의 함유량, 열처리 속도 및 냉각 속도에 따라 달라진다. 연신율은 4∼5% 주석에서 최댓값을 보이다가 주석함유량이 증가하면 내려간다. 국내 청동제 문화재의 성분 분석결과를 통해 종류 및 용도에 따른 주석 성분 함량을 달리했음을 알 수 있다(Jinju National Museum, 2019). 현재까지 확인된 국내 화학무기의 분석 결과를 살펴보면 대부분 Cu-Sn-Pb의 3원계 합금이며, 평균은 Cu 89.96 wt%, Sn 5.57 wt%, Pb 2.77 wt%이다. 이 중 Sn의 함량은 비교적 일관된 수치를 보인다(Hur, 2021). 비파괴 성분 분석에서 주목할 점은 청동합금 원소 중 구리의 물성 변화에 가장 많은 영향을 주는 주석이 6 wt% 이하로 낮게 검출되었으며, 상대적으로 납의 함량이 높다는 것이다. 또한 채플릿으로 추정되는 표면의 적색 부분에서는 철(Fe) 함량이 30 wt% 이상 검출되므로, 쌍자총통의 기본 소재인 청동과는 다른 철 재질의 채플릿이 사용된 것으로 추정된다(Table 2, Figure 14).
쌍자총통의 표면에 발생한 부식물을 대상으로 XRD 분석 결과, 동정된 화합물은 염기성탄산구리 중 하나인 Malachite(CuCO3⋅Cu(OH)2)와 납과 탄산의 결합물인 Cerussite(PbCO3)으로 부식물은 염기성탄산동 계열이 주로 관찰되며 쌍자총통 제작에 사용된 합금의 납이 부식으로 검출된 것으로 보인다(Figure 15).
4.4. 미세조직 및 성분 분석
쌍자총통의 동체부에 생성된 표면 이물질을 제거하는 과정 중에 박락된 미량의 시료를 대상으로 미세조직을 분석하였다. 미세조직을 관찰한 시료는 매우 작아 쌍자총통의 재질 및 제작기술을 모두 파악하기 어려웠으나, 열처리의 적용 여부 또는 개재물의 특성은 확인하였다. 쌍자총통의 미세조직을 분석한 결과 미세조직의 바깥쪽에 strain이 형성되어 있으며, 바탕이 되는 α상과 불균일한 형태의 회색 개재물이 다량 확인된다(Figure 16A). 전자현미경으로 미세조직의 전체면을 관찰한 부분에서는 납입자 가 일부 영역에서 불균일한 형태로 분포한다(Figure 16B).
미세조직 전체를 SEM-EDS로 성분 분석한 결과, 주성분으로 구리 94.29 wt%, 주석 2.42 wt%, 납 2.17 wt%, 황 1.12 wt%를 주원소로 포함하고 있다. Figure 16C는 Figure 16B의 중앙 일부를 확대한 전자현미경 사진으로 서로 다른 3개의 상이 관찰되며, 이들 상에 대하여 EDS로 분석하였다. 화살표 1로 표시한 α상은 구리 97.72 wt%, 주석 2.28 wt%를 포함하고 있으며, 화살표 2로 표시한 납입자에서는 87.54 wt%의 납이 검출되었다. 또한 화살표 3으로 표시된 개재물은 황화물로 21.65 wt%의 황과 78.35 wt%의 구리가 분석되었다(Table 3). 황화물 계열의 개재물은 황동광, 휘동광 등 황을 포함한 구리광석에서 제련한 구리 금속을 쌍자총통의 합금 소재로 공급되었음을 보여준다. 쌍자총통의 미세조직에서 δ상은 관찰되지 않고, 조대한 α상과 불균일한 개재물, 소량의 납으로 구성되어 있다. 이는 주석함량이 낮은 구리 합금으로 주조하고, 형태가 완성된 이후에는 추가 열처리가 없었음을 의미한다.
5. 결 론
동아대학교 석당박물관 소장 보물 쌍자총통의 명문관찰과, 내부구조관찰, 성분분석, 미세조직을 분석하여 제작기법에 대해 알아보았다. 쌍자총통은 전체 길이 52 cm, 구경 1.7 cm이다. 총구 2개가 연결된 몸통에는 6개의 약선혈이 있고 2개의 죽절이 관찰된다. 모병의 명문은 음각으로, 총통의 주조 후에 새긴 것으로 보이며, 직사각형 새김정을 사용하였을 것으로 보인다. 명문의 내용은 제작 월, 총통의 명칭 및 무게, 장인의 성, 심지의 길이, 화약 장전량, 탄환의 수량 순서로 선조 16년 8월 쌍자총통으로 무게는 5근 12냥, 장인은 검가, 심지의 길이는 1촌 반, 화약은 2전식 탄환의 수량은 2개로 해석된다.
쌍자총통은 두 개의 거푸집을 붙인 후 청동주물을 부어 제작하였으며, 총통 표면과 측면에서 주물특성인 합범 흔적과 주물 기포 등이 확인되었다. 총통의 특성상 균일한 내경은 이때 외형과 내경의 두께를 동일하게 맞추기 위해 채플릿을 사용하였다. 채플릿의 위치와 총통의 표면에서 동일한 부분에 철 부식물이 발생하였음이 확인되며 현미경으로 관찰한 결과 채플릿의 일부가 총통 표면에 남아있는 것이 확인되었다. CT조사에서 확인된 채플릿은 총통의 주재료인 구리와 채플릿의 주재료인 철의 밀도차로 확인되었다. 채플릿의 형태는 W모양으로 상면에 3개, 하면에 3개가 확인된다. 좌우 총구의 내경은 거의 동일하며 약선혈은 좌측 총통과 우측 총통의 각도가 다르게 제작되어 심지에 불을 붙이기 용이하게 제작된 것으로 추정된다.
두 개의 총구의 둘레와 직경은 거의 오차가 없을 정도로 유사하게 제작되어 탄환을 발사하는 과정에서 파손을 방지하고, 안정한 발사가 될 수 있도록 제작되었음을 확인하였다. 채플릿의 존재로 보다 정교한 합범과 주조가 되었으며, 이는 그 시절 주조 기술의 발달 정도를 추정할 수 있다.
쌍자총통의 제작에는 Cu-Sn-Pb의 청동합금이 사용되었으며, 주석과 납이 각각 5% 내외의 비율로 합금되었다. 특히 미세조직에서 δ상이 관찰되지 않는다는 특징은 주석함량이 낮게 포함되었음을 보여준다. 또한 미세조직 내에 포함된 황화물은 제작에 사용된 제련용 구리광석으로 황이 포함된 원광석이 공급되었음을 보여주며, 불순물을 완벽하게 제거할 수 있을 정도의 정련기술은 정립되지 않은 것으로 보인다.
모병의 명문을 통해 쌍자총통의 제작 장인(加)은 승자총통, 차승자총통 등을 다양하게 제작하였다는 것을 알 수 있었으며 승자총통보다 더 효율적인 무기의 개발을 목표로 다양한 총통을 주조하였던 것으로 추정된다. 쌍자총통은 소형 총통에서 조총으로 발전해가는 과도기에 제작된 연발식 화기이므로, 형태나 기능적 측면에서 기존 총통을 개량했다. 그러나 쌍자총통의 제작에 사용된 청동 합금은 기존 소형 총통에 사용된 합금과 큰 차이를 보이지 않는다. 따라서 금속 소재의 변화보다 형태 변형을 통해 단발 총통의 기능적 한계를 향상시켰다.
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