หน่วยที่ 5 กระบวนการผลิตวัสดุ

หนวยท 4

กระบวนการผลตวสด

Materials Processing

02-251-101 วสดวศวกรรม Engineering Materials

ผศ.ณฐ แกวสกล สาขาวชาครศาสตรอตสาหการ คณะครศาสตรอตสาหกรรม

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร

Steel for Construction

Steel for

Transport

Engine Block Vehicle Products

High speed Train

Space Shuttle

Engineering

จดประสงคการเรยนร

1. อธบายกระบวนการผลตเหลก(Iron Production)ได 2. อธบายกระบวนการเหลกกลา(Steelmaking) ได 3. เปรยบเทยบขอแตกตางระหวางการผลตเหลกและเหลกกลาได 4. เขยน Flow Chart กระบวนการผลตวสดโดยรวมได

Metallurgy

1.1 การผลตเหลกและเหลกกลา

Extractive Metallurgy

Physical Metallurgy

Mechanical Metallurgy

Pyro Metallurgy

Hydro Metallurgy

การแยกอลมเนยมจากสนแร

The aluminum is produced extracting it from the aluminum oxide (Al2O3), called also alumina

through an electrolysis process driven by electrical current. The process uses as electrolyte a molten salts called Cryolite (Na3AlF6) capable of dissolve the alumina

Carbon anodes are immersed into the electrolyte (usually referred as the “bath”) carrying electrical current which then flows into the molten cryolite containing dissolved alumina

การแยกอลมเนยมจากสนแร

As a result, the chemical bond between aluminum and oxygen in the alumina is broken, the aluminum is deposited in the bottom of the cell

where a molten aluminum deposit is found, while the oxygen reacts with the carbon of the anodes producing carbon dioxide (CO2) bubbles

Electrical current

อลมเนยมเหลว

ฟองแกส

อลมนา

ใชแยกโลหะทมจดหลอมเหลวสง อตราการผลตต า

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

N.America W.Europe Africa Oceania L.America

Dev.Asia FSU & EEur China

Iron Ore Production

World Pelletising Capacity Total Capacity: ca. 300 m MT

Europe

37%

Africa

2%N.America

37%

S.America

15%

Asia

7%

Australia

2%

The pelletizing of iron ore produces spheres of typically 8-18 mm (0.31-0.71 inch) diameter

1.1 การผลตเหลกและเหลกกลา

สดสวนการผลตเหลกและเหลกกลา

Fe2O3

Fe3O4

Pyrite=> FeS2

Siderite=> FeCO3

ตารางแสดงสนแรโลหะ

13

1.การผลตเหลก (Iron Production)

เปนกระบวนการแยก/ลด ออกไซด

(Oxide) ออกจากสนแรเหลก ดวยการ

ท าใหเกดปฏกรยารดกชน (Reduction

Reaction) โดยใชความรอนและลมรอน

14

2. ขนตอนการผลตเหลก

2.1 การเตรยมวตถดบ (Raw Materials)

1.แรเหลก (Iron Ore) สนแรเหลก

การคดขนาด

การแตงแร การท า Sintering คอ สนแรเหลก + ผงถาน (5%) + ความชน >อบทอณหภมประมาณ 900 -

1200 C บดใหไดขนาด (ถาผสมฟลกซ เชนปนขาวจะเรยกวา Self Fluxing Sinter) การท าเพลเลท (Pellet) ใชแรเหลกทมเปอรเซนตเหลกสง เชน Fe2O3 บดละเอยด

ผสมความชน + สารยดเกาะ(เบนโทไนท) อดขนรป 10-30 มม. > อบทอณหภม 1000-1300 C

Fe2O3 Fe3O4 Pyrite=> FeS2

Siderite=> FeCO3

15

2.ถานโคก (Metallurgical Coke) ถานโคก อบทอณหภม900-1000C ชบน า

2. ขนตอนการผลตเหลก

16

3.ฟลกซ (Flux) เพอท าปฏกรยาดงสารมลทนเชน S,P ออกจากน าโลหะ และกลายเปน

ตะกรน (Slag) ลอยขนสผวน าเหลก

เชน CaCO3 , MgCO3 , MgCO3CaCO3 (โดโลไมท)

2. ขนตอนการผลตเหลก

4. ลมรอน (Hot Air)

ใชออกซเจน เปนเชอเพลงชวยใหเกดการสนดาปทสมบรณ

อน(Pre-heat) ทอณหภม 900-1300 C กอนพนเขาเตา

17

3.เตาพนลม (Blast Furnace : BF)

เตาพนลม มลกษณะคลายปลองไฟ

มความสงประมาณ 30-40 เมตร

มเสนผานศนยกลาง 5-10 เมตร

ก าลงการผลต 1 ลานตนตอป หรอมากกวา

เตาพนลมประกอบดวยสวนส าคญตาง ๆดงน

ปลองเตา (Stack) รบวตถดบ

พนลม (Bosh) บรเวณเผาไหม

กนเตา (Hearth) บรเวณรบน าโลหะ

18

4. การถลงเหลก (Iron Production)

Stack

Bosh

Hearth

ปฏกรยาในเตาพนลม

20

เปนการแยกเหลก ออกจากสนแรเหลก โดยอาศยความรอนทได

จากการสนดาปของถานโคกกบลมรอน ท าใหเกดปฏกรยา

รดกชน (Reduction Reaction) ดงสมการการเกดปฏกรยา

4. การถลงเหลก (Iron Production)

4.1 ปฏกรยาโดยตรง(Direction Reduction) C (ถานโคก) + ½ O (ลมรอน) CO C (ถานโคก) + O2 (ลมรอน) CO2

C (ถานโคก) + CO2 (ลมรอน) 2CO

ความรอน

ความรอน

ความรอน

21

2. ปฏกรยาทางออม (Indirection Reaction) เปนปฏกรยาทไดจากการ CO ทแตกตวออกจากปฏกรยาทางตรงแลว

ท าปฏกรยาตอเนองกบสนแรเหลก โดยสวนใหญจะเกดในชวงของปลองเตา(Pre-Heat Zone) ดงสมการ

3Fe2O3(สนแรเหลก) + CO(กาซ) 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4(สนแรเหลก) + CO(กาซ) 3FeO + CO2

Fe3O4(สนแรเหลก) + 4CO(กาซ) 3Fe + 4CO2

FeO(สนแรเหลก) + CO(กาซ) Fe + CO2

4. การถลงเหลก (Iron Production)

ความรอน

ความรอน

ความรอน

ความรอน

22

4. การถลงเหลก (Iron Production)

3. คณสมบตของสแลก คาความเปนดางของ Slag หาไดจาก โดยปกตคา Basicity ของสแลกในเตา BF = 1 ( 0.5)

4. อตราการผลต ถาตองการเหลก 1 ตน จะตองใชวตถดบดงน

แรเหลก 1.7 ตน ถานโคก 0.5 ตน ฟลกซ 0.2 ตน ลมรอน 2.0 ตน จะได เหลกดบ 1.0 ตน สแลก 0.4 ตน อากาศรอน+เขมา+ควน 3.0 ตน

322 %%

%%

OAlSiO

MgOCaOBasicity

High Impurity C = 3.5-4.3 %

Pig Iron เหลกดบคณสมบต ใกลเคยงเหลกหลอ

การผลตเหลกพรน

การถลงแรเหลกดวยวธลดออกซเจนโดยตรงปจจบนมไม เกนรอยละ ๒ ของปรมาณเหลกถลงท งหมดในโลก

เมกซโกเปนประเทศทผลตมากทสด มโรงงานหลายโรงท มก าลงผลตเหลกถลงวนละ ๔๕๐ ตน

เหลกถลงทผลตไดจากวธน มลกษณะเปนเมดเลกๆ มรพรนโดยรอบ ลกษณะคลายรท เกดขนในฟองน าจงมกเรยกวา เหลกพรน (sponge iron)

การผลตเหลกพรนตองบดแรเหลกใหละเอยดขนาด ๑๑.๕ มลลเมตร

การถลงเหลกดวยวธลดออกซเจนโดยตรง (Direct Reduced Iron: DRI )

เชอเพลงทใชโดยท วไปคอ กาซมเทน ซงแยกออกจากกาซธรรมชาต หรอกาซคารบอนมอนอกไซด กบกาซไฮโดรเจน กาซเหลานท าหนาทเปนเชอเพลงใหเกดความรอนสง และท าใหเกดปฏกรยาลดออกซเจน(Reduction Reaction)

การผลตเหลกพรน

แรเหลกทบดแลวจะไหลเขาไปในเครองปฏกรณ (reactor) กาซทไดจากหอความรอน (heating tower)จะไหลเขาไปในเครองปฏกรณ ท าปฏกรยากบแรเหลกไดเปนเหลกพรนออกมา

heating tower

rotary kiln DRI process

Preheating Zone

Reduction Zone

การผลตเหลกพรน

แรเหลกตองท าปฏกรยาในเครองปฏกรณนานประมาณ ๑๐-๑๔ ช วโมงแรเหลก ๑๐๐ ตนจะไดเหลกพรน ๖๐-๖๕ ตน เหลกพรน ๑ ตน ตองใชกาซมเทน ๗๖๐-๘๐๐ ลกบาศกเมตร

rotary kiln DRI process

Iron produce at lower furnace temperature (only about 1,100°C)

Sponge Iron

การผลตเหลกพรน

เหลกพรนจะมปรมาณก ามะถนต ากวาเหลกถลงทไดจากเตาถลงแบบพนลม เพราะก ามะถนในแรเหลกถกก าจดโดยปฏกรยาการลดออกซเจนเหลกพรนทไดน จะน าไปท าเปนเหลกกลาตอไป

การผลตเหลกพรนเหมาะกบแหลงทมกาซธรรมชาต หรอคารบอนมอนอกไซดเปนปรมาณมาก ประเทศไทยมโครงการทจะผลตเหลกพรนโดยใชกาซธรรมชาตทพบในอาวไทย โดยโครงการนม แผนจะต งโรงงานในบรเวณนคมอตสาหกรรมชายฝงทะเลตะวนออก

ขอดวธการผลตเหลกพรน

ธาตมลทนตกคางในเนอเหลกนอย

ลดฟอสฟอรส(P) ได ถง 0.002%

ก าจดซลเฟอร(S) ไดด

มแกสตกคางในเนอเหลกนอย

เนอเหลกแนน(ความถวงจ าเพาะสง)

ใชเปนวตถดบเหลกกลา(Steel) เตมในกระบวนการผลตเหลก

ใชอณหภมต า (900-1100 c)

Element Composition(%)

Carbon 0.1-0.15

Sulfur 0.02-0.03

Phosphorous 0.03-0.035

ขอจ ากด

ก าลงการผลตต า

ควบคมบรรยากาศในเตายาก

Pertinent reduction and carburization reactions for DRI production.

ปฏกรยาการผลตเหลกทางตรง

กระบวนการผลตเหลกกลา (Steelmaking & Steel Production)

Bessemer Steelmaking Open Hearth Basic Oxygen Steelmaking: BOS Electric Arc Furnace Induction Furnace

น าเหลกจากเตาพนลม(BF) มคารบอนปนอยประมาณ 3-4.5%

คารบอนปนมากท าใหเหลกมความแขง และเปราะมาก ใชงานไมหลากหลาย

ใชกระบวนการผลตเหลกกลา(Steelmaking) โดยการท าน าเหลกใหสะอาด ลดธาตปนเปอน(สารมลทน:Impurity>S,P) ใหนอยลง(Refining)

ใชส าหรบอตสาหกรรมการผลตเหลกกลา

The age of bulk steel production was initiated in 1856 by another Englishman, Sir Henry Bessemer

Bessemer Steelmaking

Bessemer Steelmaking

The charge to any one of the steel-

making processes will consist of

approximately 50%scrap steel, and 50% molten iron

ความจเตารบน าเหลกได 8-30 ตนโดยเรมบรรจคร งละ 15 ตน

เปนกระบวนการผลตเหลกทใชภาชนะรปทรงกระบอกปลายร บผนงภายในดวยวสดทนไฟ เชนดนเหนยว แรโดโลไมล เรยกวาเตาหลอมเหลกเบสเซมเมอร

ปากเตาดานบนเปด ดานลางเปนรพนลม คลายรงผง

เกดปฏกรยาออกซเดช นภายในเตาขณะพนอากาศเขาดานกนเตา

2FeC + O === 2Fe+2CO

Bessemer Steelmaking

ข นตอนการผลตเหลกกลา ดวยเบสเซมเมอร 1. บรรจน าเหลก(จากเตาสง) 2. เตมฟลกซ 3. พนอากาศเรงปฏกรยา 4. เทน าเหลก 5. กวาดตะกรน 6. เร มบรรจใหม

Open Hearth Steelmaking

Open hearth furnaces are one of a number of kinds of furnace where excess carbon and other impurities are burnt out of the pig iron to produce steel

อาศยหลกการ การเกดปฏกรยาออกซเดช น โดยการเปาออกซเจนลงในน าเหลก

Open Hearth Steelmaking

ป ค.ศ. 1865 เร มใชลขสทธในกระบวนการผลตเหลกดวยเตา Open Hearth โดยวศวกรชาวฝร งเศส รกนในนาม “Siemens-Martin process”

ใหก าลงการผลตสง 50-250 ตน และเพมถง 500 ตน

เปนทนยมมากกวาเตาเบสเซมเบอร เนองจาก ควบคมสภาวะในเตาไดงาย การซอมแซมผนงเตาท าไดงาย สามารถเตมเศษเหลก(scrap) เขา

หลอมรวมดวยกนได สามารถ รไซเคลเหลกไดด A. gas and air enter B. pre-heated

chamber C. molten pig iron D. hearth E.

heating chamber (cold) F. gas and air

exit.

เนองจากเหลกกลาอณหภมหลอมเหลวสง ยากตอการหลอม การใชเชอเพลงไมเพยงพอ เนองจากถกออกแบบเปนเตากะทะเปดสนเปลองสง ป ค.ศ. 1990 เลกผลตเหลกกลาดวยเตากะทะ เพราะมความสนเปลองสง

Basic Oxygen Steelmaking

เตาBOS จะตองรบน าเหลกดบจากเตาพนลมแลวเตมฟลกซหนปน(Limestone)ลงไปในขณะทหลอมเหลกอย หรออาจจะเตมเศษเหลกดบ(scrap) และเปาออกซเจนลงไปเพอท าใหเกดการเผาไหม ฟลกซจะท าปฏกรยากบน าเหลกไดตะกรน(Slag)ลอยขนสผวหนาน าเหลก สวนคารบอนท าปฏกรยากบออกซเจนในน าเหลกไดแกส CO, CO2 สวนสงเจอปนจะลอยขนดานบน และ ถกก าจดออกไป ดงน นจงไดเหลกกลาทมคารบอน และสารมลทนนอยลง

หลกการผลตเหลกกลาดวย BOS

Basic Oxygen Steelmaking

• This is typically 15 to 20 minutes

• Carbon below 0.2% C

Hot metal is liquid iron from

the blast furnace saturated

with up to 4.3% carbon and containing 1% or less silicon

The most common

desulfurizing reagents, lime,

calcium carbide and

magnesium - used alone or in combination

are injected into the hot metal through a lance

crap is by far the largest heat sink. At 20 - 25% of the charge

Basic Oxygen Steelmaking

ข นตอนการผลตเหลกดวยเตา BOS

บรรจเศษเหลก(Scrap) บรรจน าเหลกเหลว(Hot Metal) เปาออกซเจนลงในน าเหลก เตมฟลกซ ตรวจสอบสวนผสมทางเคม เทน าเหลกลงเบา(Ingot) หรอ

น าไปผานกระบวนการหลอแบบตอเนอง(Continuous Casting)

Basic Oxygen Steelmaking Refining Reactions Oxygen

The oxygen required for the refining reactions is supplied as a gas and both metal and slag are initially oxidized :

½O2(g) ↔ [O] .....(1) Fe + [O] ↔ (FeO) .....(2) 2(FeO) + ½O2(g) ↔ (Fe2O3)…..(3)

Carbon The principal refining reactions is of course the removal of carbon:

[C] + [O] ↔ CO2 .....(4) [C] + (FeO) ↔ CO2 + Fe .....(5)

Silicon In accordance with thermodynamic predictions, the removal silicon is usually completed relatively early in the blow. The reaction may be represented by equations (6) and (7). [Si] + 2[O] ↔ (SiO2) .....(6) [Si] + 2(FeO) ↔ (SiO2) + 2Fe .....(7)

Basic Oxygen Steelmaking Refining Reactions

Manganese Similar equations can be applied to manganese removal

[Mn] + [O] ↔ (MnO) .....(8) [Mn] + (FeO) ↔ (MnO) + Fe .....(9)

ท าใหอณหภมในเตาสงขน, และเปลยนแปลงสวนผสมของตะกรน

Sulfur removal Sulfur transfer takes place through the following reactions:

[S] + (O2)g = (SO2)g .....(14) [Mn] + [S] = (MnS) .....(15)

Basic Oxygen Steelmaking

The changes of bath composition during the blow in a basic oxygen steelmaking converter (idealized)

อทธพลของการพนออซเจนเขาเตา

C, P และ Mn จะลดลงอยางรวดเรวไมเกน 0.5 % เมอพนออกซเจนนานไมเกน 20 นาท

ถาพนนานเกนไป จะท าใหสญเสยเนอเหลกได จากการกลบมารวมตวอกครงเปนปฏกรยาออกซเดชนใหเปน Fe3O4

อาจจะท าใหเกดสารมลทนฝงในน าเหลก เชน Slag Inclusion, ฟองแกสในน าเหลก

ถาใชเวลาพนนอยเกนไปจะท าให ฟอสฟอรสตกคางในน าเหลกไดงายรวมถงตะกรนตาง ๆ

เวลาส าหรบการเปาออกซเจนเขาเตาตอ 1 ชวงการผลต (tap to tap cycle time) ประมาณ 15-45 นาท

Basic Oxygen Steelmaking

การเตมน าเหลกดบเขาเตา BOS การเตมฟลกซ และการเบาออกซเจน

Basic Oxygen Steelmaking

Electric Arc Furnace: EAF

เปนกระบวนการผลตเหลกกลา โดยการอารคของแทงกราไฟต(Electrode)กบวตถดบ ทเปนเศษเหลก(Scrap) หรอเหลกดบ หรอเหลกพรน จนกระท งเหลกหลอมเหลว จงเตมฟลกซ พรอมการเปาออกซเจนผานทอเขาสบอน าเหลก จนกระท งไดเปนเหลกกลา

Electric Arc Furnace: EAF

Furnace capacity 50 - 400 ton smelting and below

The main advantage of the Electric Arc Furnaces over the Basic Oxygen Furnaces (BOF) is their capability to treat charges containing up to 100% of scrap

About 33% of the crude steel in the world is made in the Electric Arc Furnaces (EAF)

At this stage excessive carbon,

phosphorous, silicon and manganese

oxidize.The process is similar to that in Basic Oxygen Furnace

Temperature of the arc reaches 6300ºF (3500ºC)

Electric Arc Furnace: EAF Oxygen dissolved in the melt oxidizes carbon, phosphorous, silicon and manganese: [C] + [O] = {CO} [Si] + {O2} = (SiO2) [Mn] + 1/2{O2} = (MnO) 2[P] + 5/2{O2} = (P2O5) Carbon monoxide partially burns in the atmosphere: {CO} + {O2} = {CO2} CO bubbles floating up through the melt

result in refining of the steel

(FeO) = [Fe] + [O]

ตะกรน (slag)

Induction Furnace

The heart of the coreless induction furnace is the coil, which consists of a hollow section of heavy duty, high conductivity copper tubing which is wound into a helical coil

The heart of the coreless induction furnace is the coil, which consists of a hollow section of heavy duty, high conductivity copper tubing which is wound into a helical coil

ควบคมอณหภมของน าเหลกไดแมนย า ควบคมความบรสทธของน าโลหะไดงาย ใชส าหรบการ Re-cycle เศษเหลก มอตราการผลตต า

Vacuum Remelting

The aircraft designer has continually called for new alloy steels of greater uniformity and reproducibility of properties with lower oxygen and sulphur contents

ก าจดสารมลทนตางไดด เนอเหลกทไดมคณภาพสง เนอแนน

Vacuum Arc Remelting

VAR is widely used to improve the cleanliness and refine the structure of standard air-melted or vacuum induction melted ingots

Atomization

Atomization is one of the most effective industrial powder preparation methods

This method involves desintagration (atomizing) of liquid metal by means of high speed medium (air, inert gas, water) striking the melt streaming through a nozzle.

Atomization

P/M process have uniform

properties in all directions,

properties include:

1. High levels of wear resistance.

2. Resistance to chipping and cracking.

3. High compressive strength.

4. Predictable and repeatable dimensional

changes during heat treatment.

5. Excellent grindability.

แผนภาพกระบวนการผลตเหลก และเหลกกลา

แผนภาพกระบวนการผลตเหลก และเหลกกลาโดยรวม

Continuous Casting

การหลอตอเนองเหลกแทงสเหลยมจตรส(Billet)

การหลอตอเนองเหลกแทงสเหลยมจตรส(Billet)

Continuous Casting

Continuous Casting

การหลอตอเนองเหลกแทงแบน(Slap)

Continuous Casting

การหลอตอเนองเหลกแทงแบน(Slap)

ข นตอนการผลตเหลก

ภาพรวมการผลตวสด

วตถดบ

โลหะเหลว

อนกอต บลเลท สแลบ

ชนงาน หรอโลหะกงส าเรจรป

ชนงาน ชนสวน

หลอม

หลออนกอต หลอตอเนอง

ขนรปโดยไมเสยเนอโลหะ รดรอน, รดเยน ทบขนรป ฯลฯ

ขนรปเพมเตม/ปรบเนอโลหะ อบชบ, เคลอบผว กด, ไส, กลง, เจาะ เชอม ฯลฯ

งานหลอโลหะ

เศษโลหะ โลหะจากเตาถลง

แร

ผงโลหะ

ชนงาน

อดขนรป อบเชอม ฉดขนรป

หลอรปพรรณ

1.2 การแบงชนดของเหลก

เนองจากผลตเหลกใหมคณภาพตาง ๆ กนตามประเภทของการใชงาน

จงไดมการกาหนดชนดและปรมาณสวนผสมไปในเนอเหลก โดยใชสญลกษณของธาตและตวเลขเปนตวชบอกจานวนปรมาณของสวนผสมทมอย จงไดเกดเปน " มาตรฐานเหลกอตสาหกรรม " ขน

ในปจจบนมมาตรฐานเหลกอตสาหกรรมทนยมนามาใชงานกน ม 2 มาตรฐาน คอ

1.2 การแบงชนดของเหลก

1. ระบบอเมรกน AISI ( American Iron and Steel Institute ) การกาหนดมาตรฐานแบบน ตวเลขดชนจะมจานวนหลกและตวชบอกสวนประสมจะเหมอนกบระบบ SAE จะตางกนตรงทระบบ AISI จะมตวอกษรนาหนาตวเลข ซงตวอกษรนจะ บอกถงกรรมวธการผลตเหลกวาไดผลตมาจากเตาชนดใด A คอ เหลกประสมทผลตจากเตาเบสเซมเมอร ( Bessemer ) ชนดทเปนดาง B คอ เหลกประสมทผลตจากเตาเบสเซมเมอร ( Bessemer ) ชนดทเปนกรด C คอ เหลกทผลตจากเตาโอเพนฮารท ( Open Hearth ) ชนดทเปนดาง D คอ เหลกทผลตจากเตาโอเพนฮารท ( Open Hearth ) ชนดทเปนกรด E คอ เหลกทผลตจากเตาไฟฟา

1.2 การแบงชนดของเหลก

ชอกลม สญลกษณ กลมทชบแขงดวยนา W กลมเหลกททนตอแรงกระแทก S

กลมทชบแขงดวยนามน O

กลมทผลตโดยกรรมวธแปรรปเยน( Cold Working ) คารบอนปานกลางและชบแขงโดยปลอยใหเยนตวในอากาศ A

กลมเหลกกลาทผลตโดยกรรมวธแปรรปเยนสาหรบเหลกกลา

คารบอนสงและเหลกกลาประสมโครเมยมสง D กลมเหลกทผลตโดยกรรมวธแปรรปรอน( Hot Working ) H

กลมเหลกกลารอบสง(High Speed Steel) T (ประสมทงสเตนเปนหลก)

กลมเหลกกลารอบสง(High Speed Steel) M (ประสมโมลบดนม) กลมเหลกกลาคณสมบตพเศษ ( มคารบอนและทงสเตน

การแบงชนดของเหลกกลาตามชนดและปรมาณของสารทนามาผสม แตเหลกกลาตามระบบ ยงมการแบงกลมตามลกษณะของกรรมวธการชบแขง

1.2 การแบงชนดของเหลก

2. ระบบเยอรมน DIN (Deutsch Institute Norms) การจาแนกประเภทของเหลกตามมาตรฐานเยอรมนจะแบงเหลกออกเปน 4 ประเภทดงน 2.1 เหลกกลาคารบอน(หรอเหลกไมประสม) 2.2 เหลกกลาผสมตา 2.3 เหลกกลาผสมสง 2.4 เหลกหลอ 2.5 เหลกกลาคารบอน (หรอเหลกไมประสม)

1.2 การแบงชนดของเหลก

เหลกทนาไปใชงานไดเลยโดยไมตองผานกรรมวธปรบปรงคณสมบตโดยใชความรอน (Heat Treatment) เหลกพวกนจะบอกยอคาหนาวา St.

ใชจะมตวเลขตามหลง ซงจะบอกถงความสามารถทจะทนแรงดงสงสดของเหลกชนดนน มหนวยเปน ก.ก/มม.2

การกาหนดมาตรฐานทงสองน เหลกทมความเคนแรงดงสงสดประมาณ 37 กก./มม.2 จะสามารถใชสญลกษณแทนเหลกชนดนได 2 ลกษณะ คอ เขยนเปน St. หรอ C20

การแบงประเภทของเหลกกลา เหลกกลาไดมการคดคนเพอใหเหมาะสมกบการใชงานในหลายรปแบบ

ดงนนจงมการผลตเหลกกลาออกมาหลายประเภทตามลกษณะโครงสรางพนฐาน

อตราสวนผสม และปรมาณคารบอนโดยนาหนก เหลกกลามปรมาณธาตคารบอนผสมอยประมาณ 0.008% - 2% โดยนาหนก

สามารถแบงประเภทเหลกกลาออกไดเปน 5 ประเภทใหญ ๆ ดงน

1.2 การแบงชนดของเหลก

1.เหลกกลาคารบอน (Cabon Steel) 2.เหลกกลาประสม (Alloy Steel) 3. เหลกกลาประสมพเศษ (Special Alloy

Steel) 4. เหลกกลาหลอ (Cast Steel) 5. เหลกออน (Wrought Iron)

1.2 การแบงชนดของเหลก

เหลกกลาคารบอนเปนเหลกกลาทมสวนผสมของคารบอนเปนหลกโดยจะมเปอรเซนตคารบอน ไมเกน 1.7%

จะมธาตอนผสมอยดวยเชน ซลคอน , ฟอสฟอรส , กามะถน และ แมงกานสซงธาตเหลานมปรมาณนอยมาก จะตดมากบเนอเหลกตงแตเรมการผลตเหลกจากสนแร

กรรมวธการผลตของเหลกกลาคารบอลไดแก กรรมวธ LD , กรรมวธโธมส , กรรมวธเตากระทะ และ กรรมวธเบสเซเมอร

เหลกชนดนเปนวสดชางชนดเดยวทมคณสมบตทางความแขงแรง (Strength) และความออนตว (Ductility) ทเปลยนแปลงไดกวางมากตามปรมาณของคารบอนทมอยในเหลก ทาใหเหมาะทจะเลอกใชไดตามความเหมาะสมของลกษณะงานบางครงทเรยกวา “Mild Steel”

เหลกกลาคารบอน (Carbon steel)

1.2 การแบงชนดของเหลก 1.เหลกกลาคารบอนตา (Low Carbon Steel) เหลกกลาคารบอนตาเปนเหลกทมคณสมบตเหนยว ไมแขงแรงนกสามารถนาไปกลง กด ไส เจาะไดงาย สามารถรดหรอตเปนแผนไดงายเหลกชนดนเหมาะกนงานทไมตองการ

ความเคนแรงดงสงนก นอกจากนเหลกชนดนไมสามารถนามาชบแขงหรอชบผวแขงได แต

ถาตองการชบแขงตองใชวธเตมคารบอนทผวกอน เพราะมคารบอนนอย - เปอรเซนตคารบอน ไมเกน 0.2% - กรรมวธการผลต กรรมวธเบสเซเมอร

เหลกแผนหมอนา ทอนาประปา เหลกเสนในงานกอสราง เหลกเคลอบดบก เชนกระปองบรรจ

อาหาร เหลกอาบสงกะส เชน แผนสงกะสมง

หลงคา ทาตวถงรถยนต ถงนามน งานยาหมด ทาสกร ลวด สลกเกลยว ชนสวนเครองจกร โซ

การใชงาน

1.2 การแบงชนดของเหลก 1.เหลกกลาคารบอนตา (Low Carbon Steel)

1.2 การแบงชนดของเหลก

2. เหลกกลาคารบอนปานกลาง (Medium Carbon Steel) เหลกกลาคารบอนปานกลางเปนเหลกกลาชนดนมความแขงแรงและ

ความเคนแรงดงมากกวาเหลกกลาคารบอนตา มความเหนยวนอยกวา ใหคณภาพในการแปรรปทดกวา สามารถนาไปชบผวแขงได เหมาะกบงานทตองการความเคนดงปานกลาง ตองการปองกนการสกหรอทผวหนา ตองการความแขงแรง แตมความแขงบางพอสมควร

- เปอรเซนตคารบอน 0.2-0.5% - กรรมวธการผลต เบสเซเมอร , โธมส , เตากระทะ , LD

ทาชนสวนเครองจกรกล ทารางรถไฟ เพลาเครองกล เฟอง หวคอน กานสบ สปรง ชนสวนรถไถนา ไขควง ทอเหลก นอต สกรทตองแขงแรง

การใชงาน

1.2 การแบงชนดของเหลก 2. เหลกกลาคารบอนปานกลาง (Medium Carbon Steel)

1.2 การแบงชนดของเหลก

3. เหลกกลาคารบอนสง (High Carbon steel)

เหลกกลาคารบอนสงเปนเหลกกลาชนดนเปนเหลกทมความแขงแรง ความแขงและความ เคนแรงดงสง

เปอรเซนตคารบอน 0.5 –1.5% สามารถทาการชบแขงใหมคณสมบตเปลยนแปลงได

การใชงาน ทาเครองมอตาง ๆ เชน ดอกสวาน สกด กรรไกร มดคลงใบเลอยตดเหลก ดอกทาเกลยว (tap) ใบมดโกน ตะไบ แผนเกจ เหลกกด สปรงแหนบ ลกบอล ในแบรงลกปน

1.2 การแบงชนดของเหลก 3. เหลกกลาคารบอนสง (High Carbon steel)

1.2 การแบงชนดของเหลก เหลกกลาประสม (Alloy Steel)

เหลกกลาประสมเปนเหลกกลาทมสวนผสมของคารบอนอยไมเกน 1.7% ธาตอนผสมอยในเนอเหลกดวยเชน แมงกานส, นกเกล, โครเมยม, วาเนเดยม,

โมลบดนม, โคบอลต, ทงสเตน ฯลฯ เพอปรบปรงคณสมบตหลาย ๆ ใหสามารถใชงานไดดขน กรรมวธการผลตเหลกกลาประสมสามารถผลตไดจาก เตากระทะ , เตาไฟฟา และ เตาอนดกชน

จดมงหมายของการผสมธาตอนๆ ลงไปนน คอ

1. เพมคณสมบตดานชบแขง 2. ปรบปรงความแขงแรงทอณหภมปกต 3. เพมคณสมบตตานทานการสกหรออนเนองมาจากการเสยดสขณะใชงาน 4. เพมความเหนยวทนตอแรงกระแทก 5. เพมคณสมบตตนทานการกดกรอน 6. ปรบปรงคณสมบตดานแมเหลก

1.2 การแบงชนดของเหลก เหลกกลาผสมอยสามารถแบงตามปรมาณของวสดทผสมได 2 ประเภทคอ

เหลกกลาประสมสงเปนเหลกกลาทมธาตอนๆ ผสมอยรวมแลวมากกวา 10% เหลกกลาในกลมนจะรวมถงเหลกเครองมอประสม (Alloy Tool Steel) ดวย เหลกกลาชนดนจะมคณสมบตในดานทนตอการกดกรอน ทนตอการสกหรอไดด ใชทาเหลกเครองมอตาง ๆ (เหลกเครองมอประสม (Alloy Tool Steel) หมายถงเหลกท

ใชทาอปกรณการตดโลหะหรอการขนรปโลหะและอน ๆ )

เหลกกลาประสมตาเปนเหลกกลาทมธาตอน ๆ ผสมรวมอยแลวไมเกน 10% เหลกชนดนจะมโครงสรางคลายคลงกบเหลกคารบอนธรรมดา (Plain Carbon Steel) มคณสมบตอนเหมอนเหลกกลาประสมสง

2.เหลกกลาประสมตา (Low Alloy Steel)

1.เหลกกลาประสมสง (High Alloy Steel)

1.2 การแบงชนดของเหลก

เหลกกลาประสมพเศษ (Special Alloy Steel) เหลกกลาประสมพเศษเปนเหลกกลาประสมทพฒนาขนมา เพอใหเหมาะกบงานทจะใชเฉพาะอยางมหลายประเภทเชน

1.เหลกกลาประสมทนแรงดงสง (High tensile strength alloy Steels) เหลกกลาปะสมทนแรงดงสงเปนเหลกกลาทมคณสมบตแตกตางไปจากเหลกกลาประสมทว ๆ ไป เปนเหลกกลาทมคณสมบตทนแรงดงไดสงมาก และมความเหนยวสง มเปอรเซนตคารบอนอยประมาณ 0.2% โดยสวนใหญใชกบงาน เพลาสงกาลง หรอ เฟองเปนตน

1.2 การแบงชนดของเหลก 2.เหลกกลาทนการเสยดสและรบแรงกระแทก (Wear Resistant Steel) เหลกกลาทนการเสยดสและรบแรงกระแทกสง เหลกกลาประสมแมงกานส หรอเรยกอกอยางหนงวา “เหลกกลาฮาดฟลต” โดยจะมธาตทผสมอย ซลคอน 0.4-1% , แมงกานส 11-14% สภาพผลตยงใชงานไมได ตองนาไปชบทอณหภม 1000-1100

C และจมนาอยางรวดเรว จะทาใหเหลกชนดนมคณสมบตเหนยว การตดเฉอนทาไดยาก การใชงานสวนใหญใชทา ตะแรงเหลก , อปกรณขดแร , รางรถไฟ , ฯลฯ

1.2 การแบงชนดของเหลก

3.เหลกกลาความเรวสง (High – Speed Steel) (HSS) หรอ เหลกกลารอบสง เหลกกลาความเรวสงเปนเหลกกลาทพฒนาขนเพอความมงหมาย

สาหรบงานเครองมอตด กลง กด เจาะ ไส (Machining) เหลกกลาชนดนมธาตหลกประสมในเหลกกลา คอ ทงสเตน และโมลบดนม การนาไปใชงานจะตองชบแขงกอน ทอณหภมประมาณ 950 – 1300

C แลวแตสวนผสม

คณสมบตทวไป 1. มความแขง (หลงจากชบแขงแลวจะเปราะ) 2. รกษาความแขงแรงทอณหภมสง (Red Hardness) 3. ชบแขงไดดทนตอการสกหรอไดด 4. เปอรเซนตคารบอน 0.6 – 0.8% 5. ธาตทผสมอย ทงสเตน 6%, ไมลบดนม 6% , โครเมยม 4%

, วาเนเดยม 1% 6. การใชงาน ดอกสวาน ดอกทาเกลยว มด กลง มดใส

แมพมพ, เครองมอวดตาง ๆ ฯลฯ

1.2 การแบงชนดของเหลก 3.เหลกกลาความเรวสง (High – Speed Steel) (HSS) หรอ เหลกกลารอบสง

4.เหลกกลาไรสนม (Stainless Steel)

เหลกกลาไรสนมจะมธาตทผสมอยเพอใหเหลกมคณสมบตตานทานการเปนสนม คอ โครเมยม และจะตองผสมโครเมยมใหสงพอสมควร ดงนนเหลกกลาไรสนมนกคอ เหลกประสมสงชนดหนง โดยทวไปจะผสมเกน 10 %

1.2 การแบงชนดของเหลก

1.2 การแบงชนดของเหลก คณสมบตท วไป 1.ปองกนการเกดสนม 2.ปองกนการกดกรอนจากสารเคมประเภทกรด 3.ทนความรอน (ขนอยกบปรมาณโครเมยมตองสง ๆ ) 4.เปอรเซนตคารบอน ไมเกน 0.4% 5.ธาตทผสมอย โครเมยม 15 –18%

, นกเกล , แมงกานส , อะลมเนยม , ฯลฯ 6.การใชงาน ทยดสวนตาง ๆ เชน ทยดเตาทอ , 7. ทาของใช เชน มด ชอนสอม หรออปกรณในงานเคม หรอ

อางลางในครว (Sink)

1.2 การแบงชนดของเหลก เหลกหลอ (Cast Iron)

1.2 การแบงชนดของเหลก เหลกหลอ (Cast Iron) เหลกหลอเปนเหลกทผลตจากเหลกดบสเทา (Gray Pig Iron) ไดจากเตาสง(Blast Furnace) มาหลอมหรอถลงใหมในเตาควโปลา เหลกหลอมปรมาณธาตคารบอนผสมอยประมาณ2% - 6.67% ในทางปฏบตแลวเหลกหลอจะมปรมาณธาตคารบอนผสมอย

ประมาณ 2.5% – 4% ถามมากกวานนจะขาดคณสมบตความความ

เหนยว (Ductility) จะเปราะและแตกหกงายเมอถกแรงกระแทกปกต

1.2 การแบงชนดของเหลก เหลกหลอ (Cast Iron)

1.2 การแบงชนดของเหลก

เหลกหลอ (Cast Iron) เหลกกลา (Steel) 1.มปรมาณคารบอน 2% - 6.67% 1.มปรมาณคารบอน 0.008% -

2% 2.มจดหลอมเหลวประมาณ 1150 – 1250°C

2.มจดหลอมเหลวประมาณ 1539 °C

3.อตราการขยายตวตา 3.อตราการขยายตวสง 4.รบแรงอดด รบแรงดงไดนอย 4.รบแรงอดด รบแรงดงไดมาก 5.มความแขงแรงอยในเกณฑปานกลาง

5.มความแขงแรงปานกลาง - สง

6.ราคาถกประหยดเชอเพลงในการถลง

6.ราคาแพงใชเชอเพลงในการถลงมาก

ขอเปรยบเทยบระหวางเหลกหลอกบเหลกกลา

1.2 การแบงชนดของเหลก เหลกหลอสามารถแบงตามลกษณะของโครงสรางการรวมตวของคารบอนเปนหลกได 6 ประเภทคอ

1. เหลกหลอสขาว (White Cast Iron) 2. เหลกหลอสเทาหรอสดา (Gray Cast Iron) 3. เหลกหลอกราไฟตกลม (Spheroidal Graphite Cast Iron or Nodular Cast Iron ) 4. เหลกหลอ CGI (Compacted graphite) 5. เหลกหลออบเหนยว (malleable Cast Irons) หรอเหลกหลอ

เหนยว (GT) 6. เหลกหลอผสมหรอเหลกหลอพเศษ (Alloy and Special Cast

Iron)

Type of cast iron

Classifies by carbon

contain. Hypo eutectic (2-4.3%C)

Eutectic (4.3 %C)

Hyper eutectic (4.3-6.67 %C)

Classifies by micro

structure Gray Cast Iron

White Cast Iron

Ductile or Nodular or

Spheroidal Cast Iron Malleable Compact or Vermicular cast

Iron

Cast Iron

Hypo

eutectic

Hyper

eutectic

eutectic

Influence of Cooling Rate on cast iron

Influenced of parameter to cast Iron

Factors influencing

which will form:

• %C

• %Si

• temperature

(cooling rate)

• Inoculation

1 เหลกหลอสขาว (White Cast Iron) 1.2 การแบงชนดของเหลก

เหลกหลอสขาวจะมเปอรเซนตคารบอนอยปรมาณ 1.7% ขนไป ธาตทผสมอยเชน กามะถน, ซลคอน , แมงกานส และ ฟอสฟอรส ผลตไดจากเตาควโปลา รอยแตกหกดจะเหนเนอเหลกมเมดเกรนสขาว คารบอนแทรกตวเขาไปอยในเนอเหลก ในรปของสารประกอบ ซงม

ชอทางเคมวา “เหลกคารไบด” หรอทางโลหะวทยาเรยกลกษณะโครงสรางแบบนวา “ซเมนไตต” (Cementile)

โครงสรางมคณสมบตแขง , เปราะ, แตกหกงาย รอยหกจะดเปนสขาว

1.2 การแบงชนดของเหลก คณสมบตเดนของเหลกหลอสขาวคอ 1. มความแขงสง นามากลง, กด , เจาะ ,ไสไดจาก 2. มความเปราะสง 3. ทนแรงกระแทรกไดนอย 4. ทนการเสยดสไดด การสกหรอระหวางการใชงานนอย การใชงานจะใชกบงานททนตอการเสยดส เชนทาลกบอลกลมใน

แบรงลกปน , ทาลอรถไฟ , ทาลกโมยอยหน และ ทาจานเจยระไนเพชรพลอย

1.2 การแบงชนดของเหลก 2 เหลกหลอสเทาหรอสดา (Gray Cast Iron)

เหลกหลอชนดนเปนเหลกหลอทมสวนผสม และโครงสรางใกลเคยงกบเหลกดบ (Pig iron)

ถลงจากเตาสง (Blast Purnace) รอยหกจะเหนเมดเกรนเปนสเทา คารบอนในเหลกหลอสเทานจะเกดขนเนองจากเยนตว

เปนไปอยางชา ๆ ทาใหคารบอน ปรมาณสวนใหญจะแยกตวออกมารวมกนในรปของคารบอนบรสทธเปนแผนหรอเกลด (Flakes) ซงเรยกวา “Graphite”

ธาตทผสมอยเชน ซลกอน , แมงกานส , ฟอสฟอรส และ กามะถน

2 เหลกหลอสเทาหรอสดา (Gray Cast Iron)

©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.

Three Dimension of flake graphite in Gray Cast Iron

Flake Graphite