เหล็กคืออะไร? ความรู้เรื่องเหล็ก และประเภทของเหล็ก

โดย saweang | มี.ค. 10, 2020 | บทความเกี่ยวกับเหล็ก

เหล็ก เป็นแร่ธาตุที่มีบทบาทกับการนำมาใช้งานในชีวิตประจำวันมากที่สุด และเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลาย โดยเหล็กจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทด้วยกัน คือเหล็ก (iron) และ เหล็กกล้า (steel) ซึ่งทั้งสองประเภทนี้ มีคุณสมบัติที่ต่างกันหลายประการ แต่ส่วนใหญ่ก็มักจะถูกเรียกอย่างเหมารวมกันว่า “เหล็ก” นั่นเอง

ลักษณะทั่วไปของเหล็กและเหล็กกล้า

เหล็ก จะมีสัญลักษณ์ทางวิทยาศาสตร์ คือ Fe มักพบได้มากในธรรมชาติ ซึ่งจะมีลักษณะเป็นสีแดงอมน้ำตาล เมื่อนำเข้าใกล้กับแม่เหล็ก จะดูดติดกัน ส่วนพื้นที่ที่ค้นพบเหล็กได้มากที่สุด ก็คือ ตามชั้นหินใต้ดินที่อยู่บริเวณที่ราบสูงและภูเขา โดยจะอยู่ในรูปของสินแร่เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งก็ต้องใช้วิธีถลุงออกมา เพื่อให้ได้เป็นแร่เหล็กบริสุทธิ์และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้

เหล็กกล้า เป็นโลหะผสม ที่มีการผสมระหว่าง เหล็ก ซิลิคอน แมงกานีส คาร์บอนและธาตุอื่นๆ อีกเล็กน้อย ทำให้มีคุณสมบัติในการยืดหยุ่นสูง ทั้งมีความทนทาน แข็งแรง และสามารถต้านทานต่อแรงกระแทกและภาวะทางธรรมชาติได้อย่างดีเยี่ยม  ที่สำคัญคือเหล็กกล้าไม่สามารถค้นพบได้ตามธรรมชาติเหมือนกับเหล็ก เนื่องจากเป็นเหล็กที่สร้างขึ้นมาโดยการประยุกต์ของมนุษย์  แต่ในปัจจุบันก็มีการนำเหล็กกล้ามาใช้งานอย่างแพร่หลาย เพราะมีต้นทุนต่ำ จึงช่วยลดต้นทุนได้เป็นอย่างมาก และมีคุณสมบัติที่โดดเด่นไม่แพ้เหล็ก

ประเภทของเหล็กแบ่งได้อย่างไรบ้าง?

สำหรับประเภทของเหล็กนั้น สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ

เหล็กหล่อ

เหล็กหล่อ เป็นเหล็กที่ใช้วิธีการขึ้นรูปด้วยการหล่อขึ้นมา ซึ่งจะมีปริมาณของธาตุคาร์บอนประมาณ 1.7-2% จึงทำให้เหล็กมีความแข็ง แต่ในขณะเดียวกันก็มีความเปราะ และด้วยเหตุนี้จึงทำให้เหล็กหล่อ สามารถขึ้นรูปได้แค่วิธีการหล่อวิธีเดียวเท่านั้น ไม่สามารถขึ้นรูปด้วยการรีดหรือวิธีการอื่นๆ ได้ นอกจากนี้เหล็กหล่อ ก็สามารถแบ่งย่อยๆ ได้ดังนี้

• เหล็กหล่อเทา เป็นเหล็กหล่อที่มีโครงสร้างคาร์บอนในรูปของกราฟไฟต์ เพราะมีคาร์บอนและซิลิคอนเป็นส่วนประกอบสูงมาก
• เหล็กหล่อขาว เป็นเหล็กที่มีความแข็งแรงทนทานสูง สามารถทนต่อการเสียดสีได้ดี แต่จะเปราะจึงแตกหักได้ง่าย โดยเหล็กหล่อประเภทนี้ จะมีปริมาณของซิลิคอนต่ำกว่าเหล็กหล่อเทา ทั้งมีคาร์บอนอยู่ในรูปของคาร์ไบด์ของเหล็กหรือที่เรียกกว่า ซีเมนไตต์
• เหล็กหล่อกราฟไฟต์กลม เป็นเหล็กที่มีโครงสร้างเป็นกราฟไฟต์ ซึ่งจะมีส่วนผสมของแมกนีเซียมหรือซีเรียมอยู่ในน้ำเหล็ก ทำให้เกิดรูปร่างกราฟไฟต์ทรงกลมขึ้นมา ทั้งยังได้คุณสมบัติทางกลในทางที่ดีและโดดเด่นยิ่งขึ้น เหล็กหล่อกราฟไฟต์จึงได้รับความนิยมในการนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายและถูกนำมาใช้งานในอุตสาหกรรมมากขึ้น
• เหล็กหล่ออบเหนียว เป็นเหล็กที่ผ่านกระบวนการอบเพื่อให้ได้คาร์บอนในโครงสร้างคาร์ไบด์แตกตัวมารวมกับกราฟไฟต์เม็ดกลม และกลายเป็นเฟอร์ไรด์หรือเพิร์ลไลต์ ซึ่งก็จะมีคุณสมบัติที่เหนียวแน่นกว่าเหล็กหล่อขาวเป็นอย่างมาก ทั้งได้รับความนิยมในการนำมาใช้งานที่สุด
• เหล็กหล่อโลหะผสม เป็นประเภทของเหล็กที่มีการเติมธาตุผสมเข้าไปหลายอย่างด้วยกัน ซึ่งก็จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กให้ดีขึ้น โดยเฉพาะการทนต่อความร้อนและการต้านทานต่อแรงเสียดสีที่เกิดขึ้น เหล็กหล่อประเภทนี้จึงนิยมใช้ในงานที่ต้องสัมผัสกับความร้อน

เหล็กกล้า

เหล็กกล้า เป็นเหล็กที่มีความเหนียวแน่นมากกว่าเหล็กหล่อ ทั้งสามารถขึ้นรูปด้วยวิธีทางกลได้ จึงทำให้เหล็กชนิดนี้ นิยมถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายและกว้างขวางมากขึ้น  ตัวอย่างเหล็กกล้าที่มักจะพบได้บ่อยๆ ในชีวิตประจำวัน คือ เหล็กแผ่น เหล็กโครงรถยนต์หรือเหล็กเส้น เป็นต้น นอกจากนี้คาร์บอนก็สามารถแบ่งได้เป็นกลุ่มย่อยๆ ดังนี้

เหล็กกล้าคาร์บอน จะมีส่วนผสมหลักเป็นคาร์บอนและมีส่วนผสมอื่นๆ ปนอยู่บ้างเล็กน้อย ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับจะมีธาตุอะไรติดมาในขั้นตอนการถลุงบ้าง ดังนั้นเหล็กกล้าคาร์บอน จึงสามารถแบ่งเป็นย่อยๆ ได้อีก ตามปริมาณธาตุที่ผสมดังนี้

1. เหล็กคาร์บอนต่ำ มีคาร์บอนต่ำกว่า 0.2% และมีความแข็งแรงต่ำมาก จึงนำมารีดเป็นแผ่นได้ง่าย เช่น เหล็กเส้น เหล็กแผ่น เป็นต้น
2. เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง จะมีคาร์บอนอยู่ประมาณ 0.2-0.5% มีความแข็งแรงสูงขึ้นมาหน่อย สามารถนำมาใช้เป็นชิ้นส่วนของเครื่องจักรกลได้
3. เหล็กกล้าคาร์บอนสูง มีคาร์บอนสูงกว่า 0.5% มีความแข็งแรงสูงมาก นิยมนำมาอบชุบความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งมากขึ้น และสามารถต้านทานต่อการสึกหรอได้ดี จึงนิยมนำมาทำเครื่องมือเครื่องใช้ที่ต้องการผิวแข็ง

เหล็กกล้าผสม เป็นเหล็ก ที่มีการผสมธาตุอื่นๆ เข้าไปโดยเจาะจง เพื่อให้คุณสมบัติของเหล็ก เป็นไปตามที่ต้องการ โดยเหล็กประเภทนี้มักจะมีความสามารถในการต้านทานต่อการกัดกร่อนและสามารถนำไฟฟ้าได้ รวมถึงมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กอีกด้วย ซึ่งก็จะแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ เหล็กกล้าผสมต่ำและเหล็กกล้าผสมสูง นั่นเอง โดยเหล็กกล้าผสมต่ำ จะเป็นเหล็กกล้าที่มีการผสมด้วยธาตุอื่นๆ น้อยกว่า 10% และเหล็กกล้าผสมสูง จะเป็นเหล็กกล้าที่มีการผสมด้วยธาตุอื่นๆ มากกว่า 10%

เหล็ก เป็นแร่ธาตุที่ถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวันมากที่สุด และเป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เหมาะกับการนำมาใช้งานในหลายๆ ด้าน แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง คือมีน้ำหนักมาก ทำให้เคลื่อนย้ายได้ไม่ค่อยสะดวกมากนัก อย่างไรก็ตาม เหล็ก ก็ยังคงเป็นที่นิยมและมีการนำมาใช้งานในอุตสาหกรรมหรือการผลิตเครื่องจักรกลต่างๆ รวมทั้งใช้ในการสร้างบ้านด้วย เพราะเป็นโลหะที่มีความแข็งแรงและทนทานมาก

การเชื่อมเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อนที่ควรรู้

โดย saweang | มี.ค. 6, 2020 | บทความเกี่ยวกับเหล็ก

งานก่อสร้างอาคารโครงสร้างเหล็กรูปพรรณรีดร้อน ย่อมมาพร้อมกับวิธีการก่อสร้างที่จะขาดไปไม่ได้คือ “การเชื่อม” ในแง่หนึ่ง การเชื่อมเป็นเทคนิคด้านงานก่อสร้างที่ทำกันอยู่ทั่วไป เหมือนเป็นทักษะพื้นฐานที่ต้องติดตัวช่างก่อสร้าง การเชื่อมก็เป็นทักษะที่มีระดับความชำนาญหลายระดับ และต้องได้รับการฝึกฝนในระยะเวลาหนึ่ง เพราะในงานก่อสร้างอาคารโครงสร้างเหล็กใดๆ เรามักจะพบปัญหาจากการเชื่อมอยู่เสมอ ไม่มากก็น้อย

โดยหลักการทั่วไป คุณภาพการเชื่อมเหล็กที่ดี จะขึ้นอยู่กับปัจจัย 2 อย่างด้วยกัน คือการควบคุมความสมดุลระหว่างกำลังไฟ และความเร็วในการลากผ่านการเชื่อม โดยทั้งหมดจะต้องคำนึงถึงความหนาของเหล็กที่ใช้ และวัตถุประสงค์ของการใช้งานต่อไป

เมื่อเป็นฝีมือคน จึงเป็นเรื่องท้าทายในการควบคุมปัจจัยทั้งสองให้สอดคล้องกันเพื่อให้ได้งานเชื่อมที่มีคุณภาพในตอนท้าย เพราะหากไม่แล้ว งานเชื่อมที่ด้อยคุณภาพก็อาจนำมาซึ่งความไม่สม่ำเสมอของรอยต่อ มีส่วนเว้าแหว่งที่เชื่อมไม่ติด ความเปราะของรอยเชื่อม อันจะทำให้ความสามารถในการรับน้ำหนักของงานโครงสร้าง ไม่ตรงตามที่วิศวกรคำนวณ และอาจนำมาซึ่งการพังทลายของโครงสร้างได้

รอยเชื่อมที่มีคุณภาพนั้น จะเป็นที่เข้าใจกันว่าตะเข็บต้องมีลักษณะสม่ำเสมอ ลากยาว และเป็นเนื้อเดียว (ภาษาช่างเรียกเหมือนเป็นเกล็ดปลา) แต่นอกจากนั้นก็จะขึ้นอยู่กับการใช้งาน และหน้าที่การรับน้ำหนักของแต่ละจุด ที่จะต้องผ่านการออกแบบการเชื่อม ที่สัมพันธ์กับการคำนวณจากวิศวกร

โดยจะมีจุดบกพร่องและปัญหาที่จะเกิดอยู่บ้างในระหว่างการเชื่อม ที่จะก่อให้เกิดงานที่ไม่ได้คุณภาพ ยกตัวอย่างเช่นอย่างแรกคือฟองอากาศ (Porosity)ที่อาจเกิดจากการเชื่อมที่ไม่ชำนาญ และความไม่สมดุลของกำลังไฟและกระบวนการเชื่อม ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาเรื่องความเปราะฟองอากาศเพียงเล็กน้อยอาจไม่ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างมาก แต่นั่นย่อมขึ้นอยู่กับขนาดและลักษณะของฟองอากาศในแต่ละชิ้นงาน โดยป้องกันได้ด้วยหลายเทคนิควิธี คืออาจรักษาระยะอาร์คให้สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อป้องกันเปลวดับ และรักษาโลหะไม่ให้เย็นตัว รวมถึงเป็นการรักษาอัตราความเร็วของแก๊สให้สม่ำเสมอที่สุด

ข้อบกพร่องที่อาจเป็นปัญหาต่อมาคือ Slag หรือโลหะแปลกปลอมที่ฝังในรอยเชื่อม ซึ่งอาจเกิดจากทั้งความสกปรกของชิ้นงาน ความไม่เรียบร้อย รวมไปถึงสนิมในบริเวณรอยต่อที่อาจจะเกิดขึ้นหลังการทาสีกันสนิม หาก Slag เปราะและหลุดจากรอยต่อนั้นๆ

วิธีการป้องกันปัญหาหรือข้อบกพร่องที่จะเกิดจากการเชื่อม รวมถึงการเพิ่มคุณภาพการเชื่อมเหล็กที่ได้ประสิทธิภาพที่สุด หนีไม่พ้นการทำความสะอาดชิ้นงานให้ปราศจากน้ำมัน และเศษสิ่งสกปรกก่อนทำงานเชื่อม ก็จะทำให้ได้คุณภาพงานเชื่อมเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

ขอขอบคุณข้อมูลจากhttps://www.hbeamconnect.com/th/community/blog/