เหล็กกล้า (อังกฤษ: steel) คือ เหล็กที่ผสมด้วยคาร์บอน และอาจมีโลหะชนืดอื่นด้วย เช่น โครเมียม

  • เหล็กกล้าคาร์บอน (carbon steel) คือเหล็กกล้าที่มีการเพิ่มธาตุคาร์บอน(สัญลักษณ์ทางเคมี : C) เข้าไป เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลให้กับแบบเหล็ก
  • เหล็กกล้าประสม (alloy steel)
สะพานเหล็ก
สายเคเบิลที่ทำจากเหล็กกล้า

เหล็กกล้า มีการผลิตเหล็กกล้าคุณภาพต่ำในช่วงก่อนยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการ และเริ่มมีวิธีผลิตที่มีประสิทธิภาพตั้งแต่พุทธศตวรรษที่ 22 และเริ่มเป็นสินค้าที่มีต้นทุนการผลิตต่อหน่วยถูกตั้งแต่ช่วงพุทธศตวรรษที่ 24 และการลดต้นทุนการผลิตยังช่วยเพิ่มคุณภาพของเหล็กกล้าด้วย ทุกวันนี้ เหล็กกล้าเป็นวัตถุดิบทั่วไปในการก่อสร้างอาคารและเครื่องมือต่างๆ

คุณสมบัติของวัตถุดิบแก้ไข

เหล็กเป็นเช่นเดียวกับโลหะส่วนใหญ่คือพบบนพื้นผิวของโลกในรูปของธาตุ และพบได้ในบริเวณที่มีออกซิเจนหรือกำมะถัน แร่ที่มีเหล็กได้แก่ Fe2O3 ซึ่งอยู่ในรูปไอรอนออกไซด์ พบในแร่ฮีมาไทต์ และ FeS หรือไพไรต์[1] เหล็กอาจสกัดออกจากสินแร่อโลหะโดยการย้ายออกซิเจนออกด้วยธาตุที่ทำปฏิกิริยากับคาร์บอน กระบวนการนี้เรียกว่าการถลุงแร่ ใช้กับโลหะด้วยอุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลว ทองแดงหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส ในขณะที่ดีบุกหลอมเหลวประมาณ 250 องศาเซลเซียส โลหะผสมของเหล็กที่มีคาร์บอนมากกว่า 1.7% หลอมเหลวที่อุณหภูมิ 1,370 องศาเซลเซียส อุณหภูมิเหล่านี้สามารถจัดให้มีได้ด้วยวิธีโบราณที่ใช้กันมาอย่างน้อย 6,000 ปี (ตั้งแต่ยุคทองแดง) เพราะอัตราการเกิดออกซิเดชันเพิ่มขึ้นได้เองอย่างรวดเร็วเมื่อถึง 800 องศาเซลเซียส จึงมีความสำคัญที่ว่าการถลุงแร่ต้องทำในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนน้อย เหล็กหลอมเหลวต่างจากทองแดงและดีบุกที่ว่าสามารถละลายคาร์บอนได้ ทำให้ผลที่ได้จากการถลุงเป็นโลหะผสมที่มีคาร์บอนมากที่เรียกว่าเหล็กกล้า [2]

 
เหล็กที่ใช้ผลิตเหล็กกล้า

แม้ว่าความเข้มข้นที่ใช้ผลิตเหล็กกล้าอยูในช่วงแคบ ส่วนผสมระหว่างคาร์บอนและเหล็กเกิดได้ในโครงสร้างที่ต่างกัน ซึ่งมีคุณสมบัติต่างกัน ซึ่งเป็นสิ่งที่ต้องเข้าใจในการผลิตเหล็กกล้าคุณภาพดี ที่อุณหภูมิห้อง รูปแบบที่เสถียรที่สุดของเหล็กเหล็ก a ซึ่งเป็นโลหะที่มีความอ่อนนุ่มปานกลางที่ละลายคาร์บอนได้ด้วยความเข้มข้นที่ต่ำ (น้อยกว่า 0.021% ที่ 910 ๐C) อุณหภูมิสูงกว่านี้ เฟอร์ไรต์จะเปลี่ยนรูปไปเป็นรูปแบบอัสเทไนต์หรือเหล็ก y ซึ่งมีความอ่อนนุ่มใกล้เคียงกันแต่ละลายคาร์บอนได้มากกว่า[3] เมื่ออัสเทไนต์ที่มีคาร์บอนมากเย็นตัวลง ส่วนผสมพยายามจะกลับไปจัดตัวแบบเฟอร์ไรต์ ทำให้มีคาร์บอนที่มากเกินไป วิธีหนึ่งที่คาร์บอนส่วนเกินจะออกมาจากอัสเทไนต์คือการเกิดซีเมนไตต์เพื่อตกตะกอนส่วนผสม ทำให้โลหะที่เหลือมีความบริสุทธิ์และกลับไปอยู่ในรูปเฟอร์ไรต์ได้ ทำให้ได้เป็นส่วนผสมของเฟอร์ไรต์-ซีเมนไตต์ ซีเมนไตต์มีสูตรโครงสร้างเป็น Fe3C รูปแบบของซีเมนไตต์เกิดในบริเวณที่มีคาร์บอนสูงในขณะที่บริเวณอื่นรอบๆเปลี่ยนรูปไปเป็นเฟอร์ไรต์

ประวัติการผลิตเหล็กกล้าแก้ไข

 
การถลุงเหล็กในยุคกลาง

เหล็กกล้าโบราณแก้ไข

เหล็กกล้าเป็นสิ่งที่ผลิตได้ตั้งแต่สมัยโบราณ บางส่วนของเหล็กกล้าในยุคแรกพบที่แอฟริกาตะวันออก เมื่อ 1,400 ปีก่อนคริสตกาล ในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสตกาลมีการผลิตอาวุธด้วยเหล็กกล้าในคาบสมุทรไอบีเรีย ส่วนเหล็กกล้านอริกมีใช้ในกองทัพโรมัน ในจีนสมัยที่มีสงครามระหว่างรัฐ (403 – 221 ปีก่อนคริสตกาล) มีการใช้เหล็กกล้าแล้วเช่นกัน ในสมัยราชวงศ์ฮั่นมีการผลิตเหล็กกล้าโดยการหลอมเหล็กหลอมควบคู่กับแร่เหล็กได้เป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนปานกลาง

อ้างอิงแก้ไข

  1. F. Brookins, Theo. (November 1899). "Common Minerals and Valuable Ores". Birds and All Nature. A. W. Mumford. 6 (4). สืบค้นเมื่อ 2007-02-28.
  2. "Smelting". Britannica. Encyclopedia Britannica. 2007. |access-date= requires |url= (help)
  3. Mittemeijer, E. J. "Chemical potentials and activities of nitrogen and carbon imposed by gaseous nitriding and carburising atmospheres" (PDF). Surface Engineering 1996 Vol. 12 No. 2. p. 156. คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม (PDF) เมื่อ 2016-09-08. สืบค้นเมื่อ 2006-08-10. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)