เหล็กกล้า เกิดจากการนำเหล็กที่ผ่านการเพิ่มธาตุโลหะอื่นๆเข้าไปเพื่อปรับคุณสมบัติของเหล็กเป็นโลหะผสมมีปริมาณคาร์บอนประมาณ 0.2-2.04% คาร์บอนเป็นวัสดุผสมที่ลดต้นทุน แต่มีการใช้ธาตุอื่นๆผสมด้วย เช่น แมงกานีส โครเมียม วานาเดียม ทังสเตน คาร์บอน และอื่นๆ การเปลี่ยนปริมาณธาตุโลหะเป็นตัวกำหนดคุณภาพทั้งด้านความแข็ง การขึ้นรูป การรีด ซึ่งส่งผลกับระดับความตึงของเหล็กที่มีโครงสร้างแกรไฟต์แบบกลมจะมีความอ่อนตัวสูง เหล็กกล้าที่มีการเพิ่มคาร์บอนจะแข็งแกร่ง และมีความแข็งมากกว่าเหล็ก แต่จะเปราะ ค่าสูงสุดในการละลายของคาร์บอนในเหล็กเป็น 2.14% เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 1149°C ในการอบใช้อุณหภูมิประมาณ 950°C ความเข้มข้นที่สูง หรืออุณหภูมิต่ำ จะทำให้เหล็กเกิดลักษณะเป็นซีเมนต์ โลหะผสมที่มีคาร์บอนมาก จะเป็นเหล็กที่มีความแข็งมาก เพราะมีจุดหลอมเหลวต่ำ

เหล็กกล้าต่างจากเหล็กบริสุทธิ์ตรงที่มีอะตอมของธาตุอื่นน้อยมาก แต่มีกากแร่ 1-3% โดยน้ำหนักในรูปของอนุภาคอยู่ในทิศทางหนึ่ง ซึ่งมีความทนทานกว่าเหล็กกล้า และโค้งงอง่ายกว่า

เหล็กกล้าแบ่งเป็น 2 ชนิดหลัก คือ

    1. เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel) คือ เหล็กกล้าที่เพิ่มธาตุคาร์บอนเข้าไป เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลให้กับเหล็ก
    2. เหล็กกล้าประสม (Alloy Steel) มีชื่อเรียก ที่เกิดจากการผสมธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปดังนี้

        • 2 ชนิด เรียกว่า ไบนารี่อัลลอย (Binary Alloy)
        • 3 ชนิด เรียกว่า เทอร์นารี่อัลลอย (Ternary Alloy)
        • 4 ชนิด เรียกว่า ควอเทอร์นารี่อัลลอย (Quaternary Alloy)

ประเภทของเหล็กกล้า

1. เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel) หรือ “Mild Steel” มีส่วนผสมของคาร์บอนเป็นหลักที่ไม่เกิน 1.7% และมีธาตุอื่นผสม เช่น ซิลิคอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน แมงกานีส ในปริมาณน้อย จะติดมากับเนื้อเหล็กตั้งแต่เป็นสินแร่ เหล็กชนิดนี้เป็นวัสดุช่างชนิดเดียว ที่มีคุณสมบัติทางความแข็งแรง (Strength) ความเหนียว (Ductility) ที่สามารถเลือกใช้ได้ตามลักษณะงาน

เหล็กกล้าคาร์บอนแบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ

1. เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Carbon Steel) เป็นเหล็กเหนียวแต่ไม่แข็งแรงนัก สามารถนำไปกลึง กัด ไส เจาะได้ง่าย เนื่องจากเป็นเหล็กที่อ่อน สามารถรีดหรือตีเป็นแผ่นได้ง่าย เหมาะกับงานที่ไม่ต้องการความเค้นแรงดึงสูงนัก ไม่สามารถนำมาชุบแข็งได้ แต่ถ้าต้องการชุบแข็งต้องใช้วิธีเติมคาร์บอนที่ผิวก่อน เพราะมีคาร์บอนน้อย (ไม่เกิน 0.2%) ตัวอย่างการใช้งาน เช่น เหล็กแผ่นหม้อน้ำ ท่อน้ำประปา เหล็กเส้นในอุตสาหกรรมก่อสร้าง เหล็กเคลือบดีบุก เช่น กระป๋องบรรจุอาหาร เหล็กอาบสังกะสี เช่น แผ่นสังกะสีมุงหลังคา ตัวถังรถยนต์ ถังน้ำมัน งานย้ำหมุด สกรู ลวด สลักเกลียว ชิ้นส่วนอะไหล่เครื่องจักร โซ่ บานพับประตู

2. เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon Steel) เป็นเหล็กที่มีความแข็งแรงและความเค้นแรงดึงมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ แต่มีความเหนียวน้อยกว่า นอกจากนี้ยังให้คุณภาพในการแปรรูปที่ดีกว่าและยังสามารถนำไปชุบผิวแข็งได้ เหมาะกับงานที่ต้องการความเค้นดึงปานกลาง ต้องการป้องกันการสึกหรอที่ผิวหน้า และต้องการความแข็งแรง แต่มีความแข็งบ้างพอสมควร เช่น อะไหล่ชิ้นส่วนเครื่องจักรกล รางรถไฟ เพลาเครื่องกล เฟือง หัวค้อน ก้านสูบ สปริง ชิ้นส่วนรถไถนา ไขควง ท่อเหล็ก นอต สกรูที่ต้องแข็งแรง

3. เหล็กกล้าคาร์บอนสูง (High Carbon Steel) เป็นเหล็กมีความแข็งแรง และทนความเค้นแรงดึงสูง มีเปอร์เซ็นต์คาร์บอน 0.5-1.5% สามารถทำการชุบแข็งได้แต่จะเปราะ เหมาะสำหรับ งานที่ต้องการความต้านทานต่อการสึกหล่อ เช่น ดอกสว่าน สกัด กรรไกร มีดคลึง ใบเลื่อยตัดเหล็ก ดอกทำเกลียว (Tap) ใบมีดโกน ตะไบ แผ่นเกจ เหล็กกัด สปริงแหนบ ลูกบอล แบริ่งลูกปืน

2. เหล็กกล้าประสม (Alloy Steel) เป็นเหล็กกล้าผสมคาร์บอนไม่เกิน 1.7% และมีธาตุอื่นๆผสม เช่น แมงกานิส นิกเกิล โครเมียม วาเนเดียม โมลิบดินัม โคบอลต์ ทังสเตน การผสมธาตุต่างๆ ช่วยปรับคุณสมบัติให้เหมาะกับความต้องการ เช่น การทนต่อความร้อนเพื่อใช้ทำ เตากระทะ เตาไฟฟ้า และ เตาอินดักชั่น เป็นต้น

จุดมุ่งหมายของการผสมธาตุอื่นๆ คือ

      • เพิ่มความแข็งแรง
      • เพิ่มทนทานต่อการสึกหรอ และทนการเสียดสี
      • เพิ่มความเหนียวทนต่อแรงกระแทก
      • เพิ่มคุณสมบัติต้นทานการกัดกร่อน
      • ปรับปรุงคุณสมบัติด้านแม่เหล็ก

เหล็กกล้าประสมสามารถแบ่งตามปริมาณของวัสดุที่ผสมได้ 2 ชนิด คือ

    1. เหล็กกล้าประสมสูง (High Alloy Steel) เป็นเหล็กที่ผสมธาตุอื่นๆกว่า 10% เหล็กกล้าในกลุ่มนี้รวมถึง เหล็กเครื่องมือประสม (Alloy Tool Steel) มีคุณสมบัติในด้าน ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอได้ดี จึงถูกใช้งานในการทำเหล็กงานเครื่องมือต่างๆ
    2. เหล็กกล้าประสมต่ำ (Low Alloy Steel) เป็นเหล็กที่ผสมธาตุอื่นๆไม่เกิน 10% มีโครงสร้างคล้ายเหล็กคาร์บอนธรรมดา (Plain Carbon Steel) และมีคุณสมบัติเหมือนเหล็กกล้าประสมสูง

3. เหล็กกล้าประสมพิเศษ (Special Alloy Steel) เหล็กกล้าประสมพิเศษ เป็นเหล็กกล้าประสมที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อให้เหมาะกับงานเฉพาะ เช่น

    • เหล็กกล้าประสมทนแรงดึงสูง (High Tensile Strength Alloy Steel) เป็นเหล็กกล้าที่มีคุณสมบัติต่างจากเหล็กกล้าประสมทั่วไปมีคุณสมบัติทนแรงดึงได้สูงมาก และมีความเหนียวสูง นอกจากนี้วิธีการชุบแข็งยังแตกต่างไปจากเหล็กกล้าประสมทั่วไป มีคาร์บอนอยู่ประมาณ 0.2% เหมาะกับงาน เพลาส่งกำลัง หรือ เฟือง เป็นต้น
    • เหล็กกล้าทนการเสียดสี และรับแรงกระแทก (Wear Resistant Steel) คือ เหล็กกล้าประสมแมงกานีส หรือ “เหล็กกล้าฮาดฟิลต์” มีธาตุผสมเช่น ซิลิคอน 0.4-1% แมงกานีส 11-14% แต่เหล็กที่ผลิตออกมาในตอนแรกยังไม่สามารถนำไปใช้งานได้ เพราะมีความเปราะต้องนำไปชุบที่อุณหภูมิ 1000-1100°C และจุ่มน้ำอย่างรวดเร็ว จะทำให้เหล็กชนิดนี้มีคุณสมบัติเหนียว ทนทานต่อการเสียดสี และรับแรงกระแทกได้ดี จึงไม่เหมาะกับ งานตัดเจาะ หรือกลึงขึ้นรูป เนื่องจากต้องใช้มีดกลึงที่มีความแข็งสูง และใช้ความเร็วในการตัดต่ำมาก เช่น ตะแรงเหล็ก อุปกรณ์ขุดแร่ รางรถไฟ เป็นต้น
    • เหล็กกล้าความเร็วสูง (High Speed Steel หรือ HSS) เป็นเหล็กที่พัฒนาขึ้นสำหรับงานเครื่องมือตัด กลึง กัด เจาะ ไส ซึ่งเดิมใช้เหล็กคาร์บอนสูง เหล็กชนิดนี้มีทังสเตนเป็นธาตุหลักประสม ก่อนนำไปใช้งานจะต้องชุบแข็งที่อุณหภูมิ ประมาณ 950-1300°C ขึ้นอยู่กับส่วนผสม

               คุณสมบัติทั่วไป
– มีความแข็ง (หลังจากชุบแข็งแล้วจะเปราะ)
– รักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง
– ชุบแข็งได้ดีทนต่อการสึกหรอได้ดี
– เปอร์เซ็นต์คาร์บอน 0.6-0.8%
– ธาตุที่ผสมอยู่ ทังสเตน 6% ไมลิบดินัม 6% โครเมียม 4% วาเนเดียม 1%
– การใช้งาน ดอกสว่าน ดอกทำเกลียว มีด กลึง มีดใส แม่พิมพ์ เครื่องมือวัดต่างๆ

    • เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) มีธาตุโครเมียมผสมอยู่เพื่อให้มีคุณสมบัติต้านทานสนิม และต้องผสมโครเมียมให้สูงพอสมควร

               คุณสมบัติทั่วไป

                    – ป้องกันการเกิดสนิม การกัดกร่อนจากสารเคมีประเภทกรด
– ทนความร้อน (ขึ้นอยู่กับปริมาณโครเมียมต้องสูง)
– เปอร์เซ็นต์คาร์บอน ไม่เกิน 0.4%
– ธาตุที่ผสม เช่นโครเมียม 15-18% นิกเกิล แมงกานีส อะลูมิเนียม
– การใช้งานที่ยึดส่วนต่างๆ เช่น ที่ยึดเตาท่อ มีด ช้อนส้อม หรืออุปกรณ์ในงานเคมี หรืออ่างล้างในครัว (Sink)

4. เหล็กกล้าหล่อ (Cast Steel) คือ เหล็กกล้าที่นำมาขึ้นรูปโดยวิธีการหล่อ มีลักษณะรูปร่างซับซ้อนเกินกว่าที่จะทำการตีขึ้นรูป การอัด หรือการรีด ซึ่งวิธีการหล่อนี้จะได้งานที่ขนาดใกล้เคียงกับขนาดที่ต้องการ
เหล็กกล้าหล่อนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยการตี หรือการวัดจะมีส่วนที่แตกต่างกัน คือ ชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่ผ่านการหล่อจะปรากฏมีรูพรุนเล็กๆ

เหล็กกล้าหล่อแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มๆ คือ

    1. เหล็กกล้าคาร์บอนหล่อ (Carbon Casting Steel) เป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนเป็นหลักเพียงอย่างเดียวโดยมีคาร์บอนผสมไม่เกิน 0.6% ธาตุโลหะอื่นที่ผสมอยู่ เช่น แมงกานีส 0.5-1% ซิลิคอน 0.2-0.75% กำมะถัน <0.5% ฟอสฟอรัส < 0.5% ซึ่งเป็นสารมลทิน ยกเว้นเฉพาะ แมงกานีส ซิลิคอน อะลูมิเนียม เพราะมีหน้าที่เป็นตัวกำจัดแก๊ส (Deoxidizer) ส่วนใหญ่การใช้งานจะใช้ทำ กังหันเทอร์ไบต์

เหล็กกล้าคาร์บอนหล่อแบ่งเป็น 3 ชนิด ดังนี้

        1. เหล็กกล้าหล่อคาร์บอนต่ำ (มีคาร์บอนไม่เกิน 0.2%)
        2. เหล็กกล้าหล่อคาร์บอนปานกลาง (มีคาร์บอน 0.2-0.5%)
        3. เหล็กกล้าหล่อคาร์บอนสูง (มีคาร์บอน 0.5-0.6%)

 2. เหล็กกล้าประสมหล่อ (Alloy Casting Steel) เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีเปอร์เซ็นต์คาร์บอนไม่เกิน 1.7% และธาตุอื่นผสม เช่น แมงกานีส ซิลิคอน โครเมียม นิกเกิล วาเนเดียม โมลิบดินัม โมลิบดินัม ทังสเตน ทองแดง หรือโคบอลต์ การที่มีธาตุต่างๆ ผสมในเหล็กกล้าคาร์บอนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ เช่น การชุบแข็ง การต้านทานการกัดกร่อนทั้งที่อุณหภูมิปกติและสูง การนำไฟฟ้า และ คุณสมบัติเกี่ยวกับแม่เหล็ก กรรมวิธีการผลิตจะผลิตใน เตากระทะ เตาไฟฟ้า และ เตาอินดักชั่น  ส่วนใหญ่จะนำไปใช้งานทำชิ้นส่วนอุปกรณ์ในงานอุตสาหกรรมเคมี

เหล็กกล้าประสมหล่อ สามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ

        1. เหล็กกล้าประสมต่ำ (ธาตุผสม เช่น แมงกานีส โครเมียม นิกเกิล ทังสเตน ไม่เกิน10%)
        2. เหล็กกล้าประสมสูง (มีธาตุผสมที่สำคัญเกินกว่า 10%)

5. เหล็กอ่อน (Wrought Iron) เป็นเหล็กที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอน ไม่เกิน 0.1% และธาตุผสมอื่นๆ เช่น ซิลิคอน กำมะถัน ฟอสฟอรัส แมงกานีส ทำให้ได้เหล็กที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.9%
เมื่อเผาให้ร้อนเหล็กอ่อนนี้จะไม่หลอมละลาย แต่จะอ่อนเปียกตีขึ้นรูปได้ง่ายมาก สามารถตีชิ้นเหล็กให้ประสานกันได้ ตัวอย่างการใช้งาน เช่น ท่อ หรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องพบกับการเสื่อมสภาพโดยสนิม ข้อต่อรถไฟ โซ่ ขอเกี่ยว หรือ อุปกรณ์ที่ขึ้นรูปอย่างง่าย

Please follow and like us:
error