เหล็ก คืออะไร ชนิดของเหล็กและลักษณะการใช้งาน

เหล็ก คือ แร่ธาตุสำคัญที่มนุษย์ใช้มาอย่างยาวนานตั้งแต่ยุคเหล็กเมื่อ 2,700-2,000 ปีก่อนคริสตกาล จนถึงปัจจุบันที่ถือเป็นยุคเทคโนโลยี เหล็กยังคงมีความสำคัญและถูกนำมาใช้ในหลายอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นการก่อสร้างอาคาร ถนนหนทาง ยานพาหนะต่าง ๆ วันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับคุณสมบัติของเหล็กแต่ละชนิดให้มากยิ่งขึ้น

เหล็ก คืออะไร

เหล็ก คือ แร่ธาตุชนิดหนึ่งในตระกูลโลหะที่พบได้ตามธรรมชาติ มีชื่อสากลว่า “Iron” ออกเสียงว่า “ไอเอิร์น” มีสัญลักษณ์ธาตุ Fe ย่อมาจาก ferrum ในภาษาละติน และหมายเลขอะตอม 26ลักษณะทั่วไปของเหล็ก (iron) จะมีสีเทา ผิวมันวาว มีความทนทานสูง นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี และเมื่อนำแม่เหล็กไปใกล้จะเกิดแรงดึงดูดระหว่างกัน

ส่วนพื้นที่ที่ค้นพบเหล็กได้มากที่สุด คือบริเวณชั้นหินใต้ดินในที่ราบสูงและภูเขา โดยจะอยู่ในรูปแบบสินแร่เป็นส่วนใหญ่ และจำเป็นต้องถลุงออกมา เพื่อให้ได้เป็นแร่เหล็กบริสุทธิ์เสียก่อน จึงจะนำมาใช้ประโยชน์ได้โดยปกติแล้ว เราจะแบ่งเหล็กออกเป็น 2 ประเภท คือ เหล็กหล่อ (iron) และเหล็กกล้า (steel) หลายคนอาจจะคิดว่าสองสิ่งนี้คล้ายกัน แต่แท้จริงแล้วไม่ได้มีความเหมือนกันเลย เพราะอะไร ลองไปดูกันต่อเลย

ชนิดของเหล็ก

เราสามารถแบ่งประเภทของเหล็กออกเป็น 2 กลุ่ม พิจารณาจากปริมาณของธาตุคาร์บอนที่มีอยู่ในเหล็ก โดยแบ่งออกได้เป็น 1. เหล็กหล่อ (iron) และ 2. เหล็กกล้า (steel)

1.เหล็กหล่อ (iron)

เหล็กหล่อ คือ เหล็กที่มีปริมาณธาตุคาร์บอนมากกว่า 1.7- 2% สามารถขึ้นรูปได้ด้วยการหล่อเท่านั้น เพราะในเหล็กมีปริมาณคาร์บอนสูง ทำให้โครงสร้างเหล็กแข็งแต่เปราะ จุดหลอมเหลวต่ำ เลยนำไปขึ้นรูปด้วยวิธีการรีดหรือวิธีทางกลอื่น ๆ ไม่ ได้ ทั้งนี้เรายังสามารถแบ่งประเภทของเหล็กหล่อออกได้อีกหลายประเภท โดยพิจารณาจากโครงสร้างทางจุลภาค กรรมวิธีทางความร้อน ชนิดและปริมาณของธาตุผสม ได้แก่

1.1เหล็กหล่อเทา (grey cast iron)

ที่เรียกว่า “เหล็กหล่อเทา” ก็เพราะว่าเมื่อหักเหล็กดู จะเห็นว่าตรงรอยหักเป็นสีเทา เนื้อเหล็กหล่อมีปริมาณคาร์บอนและซิลิคอนสูงมาก ทำให้มีโครงสร้างคาร์บอนอยู่ในรูปของกราไฟต์กระจัดกระจาย เหมือนแผ่น Corn Flakes เหล็กเทามีคุณสมบัติแข็งแต่ไม่มาก จุดหลอมเหลวต่ำ อัตราการหดตัวน้อย จึงนิยมนำมาทำเป็นเครื่องจักร หรือชิ้นส่วนที่ต้องการขนาดและรูปร่างคงที่

1.2 เหล็กหล่อขาว (white cast iron)

เมื่อหักเหล็กดูจะเห็นรอยแตกหักเป็นสีขาว เหล็กชนิดนี้มีปริมาณซิลิคอนต่ำกว่าเหล็กหล่อเทา ส่วนปริมาณคาร์บอนอยู่ระหว่าง 1.8 – 3.6 ทำให้ไม่เกิดโครงสร้างคาร์บอนในรูปกราไฟต์ โดยคาร์บอนจะอยู่ในรูปคาร์ไบด์ของเหล็ก (Fe3C) ที่เรียกว่า “ซีเมนไตต์” ทำให้เหล็กขาวมีคุณสมบัติแข็งแรง ต้านทานการสึกหรอ และเสียดสีได้ดี เหมาะกับการนำมาผลิตพวกแบริ่ง ล้อรถไฟ เป็นต้น

1.3 เหล็กหล่อกราฟไฟต์กลมหรือเหล็กหล่อเหนียว (ductile cast iron)

เป็นเหล็กหล่อเทาที่เติมแมกนีเซียมลงไปในกระบวนการผลิต ตัวแมกนีเซียมจะไปเปลี่ยนรูปทรงของกราฟไฟต์จากแผ่นเป็นวงกลม คุณสมบัติของเหล็กหล่อเหนียว คือมีความแข็งแรงสูง ทนต่อแรงกระแทกได้ดี จุดหลอมตัวไม่สูงมากและอัตราขยายตัวต่ำ จึงนิยมนำมาผลิตเพลาต่าง ๆ ของเครื่องจักร

1.4 เหล็กหล่ออบเหนียว (malleable cast iron)

เป็นเหล็กหล่อขาวที่นำไปอบในบรรยากาศพิเศษ เพื่อทำให้คาร์บอนในโครงสร้างคาร์ไบด์แตกตัวออกมารวมกันเป็นกราไฟต์เม็ดกลม และทำให้เหล็กรอบ ๆ ที่มีปริมาณคาร์บอนลดลง ปรับโครงสร้างกลายเป็นเฟอร์ไรต์และหรือเพิร์ลไลต์ เหล็กชนิดนี้จะมีความเหนียวดีกว่าเหล็กหล่อขาว แต่จะด้อยกว่าเหล็กหล่อกราไฟต์กลมเล็กน้อย

1.5 เหล็กหล่อโลหะผสม (alloy cast iron)

เหล็กหล่อโลหะผสม หรือเหล็กหล่อพิเศษ เป็นเหล็กหล่อที่ผลิตขึ้นมาเพื่อให้ได้คุณสมบัติตามที่ต้องการ โดยการเติมธาตุผสมอื่น ๆ ลงไป เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเฉพาะด้านให้ดียิ่งขึ้น เช่น เติมนิกเกิลและโครเมียม เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติด้านทนการเสียดสีและทนความร้อน เป็นต้น

2.เหล็กกล้า (steel)

เหล็กกล้า เป็นโลหะผสม ไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่ได้มาจากการถลุงและปรับปรุงคุณภาพและคุณสมบัติ ปกติแล้วเหล็กกล้าจะประกอบไปด้วย เหล็ก (Fe) คาร์บอน (C) แมงกานีส (Mn) ซิลิคอน (Si) และธาตุอื่น ๆ ปริมาณคาร์บอนของเหล็กกล้าน้อยกว่า 1.7% หรือ 2%ทำให้เหล็กชนิดนี้มีความเหนียวมากกว่าเหล็กหล่อ สามารถทำการขึ้นรูปโดยใช้กรรมวิธีทางกลได้ จึงถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางในงานเหล็กเส้น เหล็กแผ่น เหล็กโครงรถยนต์ ท่อเหล็กต่าง ๆ ฯลฯสามารถแบ่งชนิดของเหล็กกล้าได้เป็นกลุ่มต่าง ๆ ดังนี้

2.1หล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel)

เหล็กกล้าคาร์บอน คือ เหล็กคาร์บอนที่มีส่วนผสมของซิลิคอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน แมงกานีส โดยธาตุพวกนี้ไม่ได้มาจากการผสมแต่อย่างใด แต่ติดมากับเนื้อเหล็กตั้งแต่ยังเป็นสินแร่ สามารถแบ่งชนิดของเหล็กกล้าคาร์บอนออกเป็น 3 ประเภทโดยพิจารณาตามปริมาณคาร์บอนที่ผสม คือ

• เหล็กคาร์บอนต่ำ (low carbon steel) มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า 0.2% เหล็กชนิดนี้มีความแข็งแรงต่ำสามารถนำไปกลึง กัด เจาะ รีดหรือตีเป็นแผ่นเป็นเหล็กเส้น ลวดต่าง ๆ สกรู เหล็กแผ่นที่ใช้กันทั่วไปได้
• เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (medium carbon steel) มีปริมาณคาร์บอนอยู่ระหว่าง 0.2-0.5% มีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กคาร์บอนต่ำ เหล็กประเภทนี้สามารถทำการอบชุบความร้อนได้ และต้องการความแข็งแรงพอสมควร นิยมนำไปทำชิ้นส่วนรถเบนต์ ฟันเฟื่อง ท่อเหล็กและนอตต่าง ๆ ใช้ทำชิ้นส่วนของเครื่องจักรกลทั่วไป
• เหล็กกล้าคาร์บอนสูง (high carbon steel) มีปริมาณคาร์บอนสูงกว่า 0.5%-1.5% มีความแข็งแรงและความแข็งสูง สามารถนำไปอบชุบความร้อนเพิ่มคุณสมบัติความแข็งได้ ใช้ทำพวกเครื่องมือเครื่องใช้ต่าง ๆ ที่ต้องการผิวแข็งและความต้านทานการสึกหรอสูง นิยมนำไปทำ ดอกสว่าน ตะไบ แผ่นเกจ เหล็กดัด สปริงแหนบ

2.2เหล็กกล้าผสม (alloy steel)

ส่วนเหล็กกล้าผสม คือ เหล็กกล้าคาร์บอนที่ผสมธาตุต่าง ๆ เข้าไป เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติบางประการ เช่น โครเมียม นิกเกิล โมลิบดินัม แมงกานีสและซิลิคอน นิยมนำไปทำเตากระทะ เตาไฟฟ้า หรือวัสดุทนความร้อน สามารถแบ่งเหล็กกล้าผสม ออกได้ 2 ประเภท โดยพิจารณาตามปริมาณของธาตุผสม ได้แก่

• เหล็กกล้าผสมต่ำ (low alloy steel) เป็นเหล็กกล้าที่มีธาตุอื่นผสมรวมกันน้อยกว่า 8% ทำให้สามารถชุบแข็งได้ และมีความแข็งแรงสูง เหมาะสำหรับทำชิ้นส่วนเครื่องจักรกล เช่น เฟือง เพลาข้อเหวี่ยง
• เหล็กกล้าผสมสูง (high alloy steel) เป็นเหล็กกล้าที่มีธาตุอื่นผสมรวมกันมากกว่า 8% ออกมาเป็นเหล็กคุณสมบัติแบบต่าง ๆ เช่น เหล็กกล้าทนความร้อน เหล็กกล้าทนการเสียดสี และเหล็กกล้าทนการกัดกร่อน

ข้อแตกต่างระหว่างเหล็ก และ เหล็กกล้า

เหล็กเหล็กกล้าสามารถพบได้ตามธรรมชาติผลิตโดยฝีมือมนุษย์มีความแข็งสูงมีความแข็งสูงแต่ไม่สูงเท่ากับเหล็กมีความยืดหยุ่น น้อยกว่ามีความยืดหยุ่น  มีข้อจำกัดในการใช้งานสามารถไปใช้งานได้หลากหลายเทคนิคการเลือกซื้อเหล็ก อย่างไรให้ได้สินค้าคุณภาพ

1. รูปทรงของเหล็ก ควรเลือกให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น เหล็กเส้นกลมสำหรับงานโครงสร้าง เหล็กเส้นแบนสำหรับงานโครงหลังคา เหล็กรูปพรรณต่าง ๆ สำหรับงานโครงสร้างอาคาร เป็นต้น
2. ขนาดและน้ำหนักของเหล็ก ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าตรงตามสเปคที่ระบุไว้ หากมีขนาดหรือน้ำหนักไม่ตรงตามมาตรฐาน อาจส่งผลต่อความปลอดภัยและความมั่นคงของโครงสร้าง
3. คุณภาพเนื้อเหล็ก เนื้อเหล็กที่ดีควรเป็นเนื้อเดียวกัน ไม่แตกหักหรือมีรอยร้าว จับแล้วรู้สึกเรียบเนียน ไม่มีจุดที่นูนขึ้นมาจนทำให้เหล็กเสียรูป
4. มาตรฐานสินค้า ควรเลือกซื้อเหล็กจากผู้ผลิตที่ได้มาตรฐาน เช่น เหล็กตรา มอก. (มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม) หรือ ตรา มอก.อ. (มาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม อาเซียน)

การนำเหล็กไปใช้งานไม่เหมาะสมกับชนิดของเหล็กอาจทำให้เกิดอันตรายถึงชีวิต และทรัพย์สิน ดังนั้นหากมีผู้เชี่ยวชาญหรือคนที่มีประสบการณ์คอยให้คำแนะนำเกี่ยวกับเหล็กก็จะสามารถช่วยป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้

สรุป

ในอนาคตอาจจะมีการนำเหล็กมาพัฒนาและปรับปรุงปรับให้ได้คุณภาพ เพื่อตอบโจทย์การใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ มากขึ้น สำหรับท่านไหนที่กำลังมองหาเหล็กมาตรฐาน คุณภาพดี thaitaweeporn เราบริการจัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์เหล็กครบวงจร พร้อมให้คำปรึกษาและแนะนำฟรี