พอดีผมประหลาดใจนิดหนึ่งครับน้าจ้าว ในเรื่องวัตถุดิบเหล็กที่จะเอามาทำเรือ ส่วนฝีมือการออกแบบผลิตและทำเรือผมก็เชื่อแบบน้าจ้าวว่าคนไทย
ทำได้ และทำมาแล้ว
คือตามที่คุณ Yut64 พูดถึงว่าเราทำไม่ได้ เพราะเราถลุงเหล็กเองไม่ได้ ผมอ่านแล้วสับสนตัวเองอยู่นิดหนึ่งกับคำสองคำคือ
ถลุงเหล็ก หรือ
หลอมเหล็ก ถลุงเหล็ก ในความรับรู้และเข้าใจของผมนะ มันหมายถึง กระบวนการผลิตเหล็กขั้นต้นน้ำ แรกสุดเลย คือ ประมาณว่าขุดเอาแร่เหล็กจากเหมือง
มาก็ต้องเข้าโรงถลุงก่อน แล้วจะได้เหล็กกึ่งวัตถุดิบที่จะเอาไปทำอะไรต่อก็ตามใจ
ถ้าเป็นตามที่ผมเข้าใจดังนี้ก็แปลกใจว่าจะทำไปทำไมเพราะเท่าที่รู้บ้านเราเหมืองแร่เหล็ก ปิดไปแล้ว ไม่มีแล้ว (เหมือนที่เขาศูนย์ นครศรีธรรมราชที่ปิดไปแล้ว)
เพราะเราต้องเอาสินแร่เหล็กมาจากที่อื่นมาถลุงเอง ไหนจะค่าสินแร่ ค่าขนส่ง ค่าต้นทุนโรงงานการผลิต มันก็ไม่คุ้มแล้ว เพราะเจอเหล็กที่ถลุงมาพร้อมแปรรูปแล้ว
จากรัสเซีย จากจีนมากมาย
การหลอมเหล็ก ก็คือการเอาเหล็กที่ถลุงมาแล้ว มาหลอมเหลวอีกที (รวมถึงรับซื้อเศษเหล็กมาหลอมรวมไปด้วยกัน) แล้วเติมสารที่ให้เหมาะกับการใช้งานแต่ละประเภทลงไปเพื่อให้ได้คุณภาพซึ่งโรงเหล็กเมืองไทย ก็มีโรงหลอมที่ว่านี้แล้ว แบบที่เรียกว่า คอนคาสท์ คือหลอมออกมาเป็นเหล็กที่พร้อมการแปรรูปขึ้นต่อไปแล้วเข้าลูกกลิ้งการผลิตต่อไปได้เลย
ซึ่งในความเข้าใจของผมก็เลยสงสัยว่า เราจะตั้งโรงถลุงเหล็กไปทำไมเพราะเราไม่มีสินแร่ แล้วตั้งโรงหลอมดีกว่า แล้วเติมวัสดุปรับปรุงคุณภาพให้ได้ตามสเปคของเหล็กผลิตเรือรบ
จากนั้นออกมาก็เข้าแท่นรีดเป็นม้วน เอามาสลิทต่อเป็นแผ่น หรือ การขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีไหนก็ตามเพื่อเอาไปทำเรือรบอีกที
ที่นี้มี Metallurgy Engineer หรือเปล่า มาช่วยผมหน่อย ว่าผมเข้าใจถูกหรือเปล่า
อ้าว เพิ่งจะเห็นครับ
พี่ดุลย์เข้าใจถูกแล้วครับ การถลุงเหล็กคือกระบวนการขั้นต้นในการผลิตเหล็กดิบซึ่งเป็นวัตถุดิบในการนำไปผลิตเหล็กกล้าชนิดอื่นอีกที
การบรรจุวัตถุดิบในเตา
การบรรจุวัตถุดิบในเตานั้น จะใส่ผสมรวมๆกันไปด้วยกันไม่ได้ จะต้องใส่เป็นชั้นๆตามชนิดของวัตถุดิบ เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพของปฏิกริยาในการหลอมละลายมากที่สุด
ชั้นของวัตถุดิบที่ใส่ลงในเตา
เรียงลำดับจากก้นเตาขึ้นมาถึงส่วนบนของเตา
ชั้นที่ 1 ถ่านโค้ก ตอนที่เริ่มจุดเตาเพื่อถลุงเหล็กนั้น ต้องใสถ่านโค้กก่อนเพื่อให้เป็นเชื้อเพลิง ทำให้เกิดปฏิกริยาภายในเตา
ชั้นที่ 2 หินปูน เมื่อถ่านโค้กติดไฟแล้วจะเกิดความร้อน ซึ่งจะทำให้หินปูนสลายตัวรอผสมกับสิ่งสกปรกที่จะเกิดขึ้นภายในเตา
ชั้นที่ 3 เศษเหล็ก สำหรับชั้นนี้ในบางเตาอาจไม่ใช้ ถ้าเป็นเช้านี้ให้ใส่ชั้นต่อไปได้เลย
ชั้นที่ 4 สินแร่เหล็ก จะต้องผ่านการเตรียมให้มีขนาดตามต้องการ คือก้อนโตประมาณ 10 15 มม.
ผลผลิตที่ได้จากเตาสูง
1.เหล็กดิบ (Pig lron) ผลผลิตที่สำคัญซึ่งได้จากการถลุงแร่ในเตาสูง ได้แก่เหล็กดิบ แต่เหล็กดิบที่ได้จากเตานั้นมีหลายประเภท ขึ้นอยู่กับชนิดของแร่เหล็กและวัตถุดิบที่ใส่เข้าไป
ชนิดของเหล็กดิบ มีดังนี้
1.1 เหล็กดิบสีเทา (Grey Pig lron) เป็นเหล็กดิบที่มีซิลิกอนผสมอยู่มาก ซิลิกอนเป็นตัวช่วยแยกคาร์บอนในเหล็กดิบออกมาอยู่ในรูปการาไฟด์ (Garphite) หรือ คาร์บอน
ดังนั้นถ้านำเหล็กดิบสีเทามาหักดูเนื้อในจะเห็นรอยหักเป็นเม็ดเล็กๆสีเทา เหล็กดิบสีเทานิยมเอาไปถลุงอีกครั้งเพื่อให้ได้เป็นเหล็กหล่อสีเทา (Grey Cast lron) ต่อไป
2.2 เหล็กดิบสีขาว (White Pig lron) เป็นเหล็กดิบที่ส่วนประกอบของแมงกานีสอยู่มาก คาร์บอนจะรวมตัวกับเหล็กในรูปของซีเมนไตท์ (Cementite)
เมื่อสังเกตดูรอยหักจะเป็นเนื้อละเอียดขาว เหล็กดิบสีขาวนี้นิยมนำไปถลุงและผ่านกรรมวิธีต่างๆเพื่อให้ได้เป็นเหล็กกล้าที่จะนำมาใช้งานต่อไป
2. ขี้ตะกรัน (Slag)
เป็นสิ่งสกปรกที่อยู่ในสินแร่เหล็ก ซึ่งถูกกำจัดโดยหินปูน ขี้ตะกรันที่ได้จากเตาสูงจะมีเนื้อละเอียด ใช้เป็นส่วนผสมในการทำปูนซีเมนต์ และเป็นวัตถุดิบอย่างหนึ่งสำหรับผลิตใยหิน ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนป้องกันความร้อน และเป็นกันความร้อน และเป็นฉนวนป้องกันเสียงได้ดี
เหล็กดิบที่ผลิตได้จากการถลุงสินแร่เหล็ก จะมีธาตุต่างๆประสมอยู่โดยประมาณดังนี้
คาร์บอน (Carbon : C) 3-4%
ซิลิคอน (Silicon: Si) 1-3%
แมงกานีส (Manganese : Mn) 1%
ฟอสฟอรัส (Phosphorus : P) 0.1-1%
กำมะถัน (Sulphur: S) 0.05-0.1%
ปริมาณคาร์บอนในเหล็กดิบจะสูงมาก ทำให้แข็งแต่เปราะยังไม่เหมาะแก่การนำมาใช้งาน จึงต้องมีกระบวนการปรับปรุงคุณสมบัติให้เหมาะสมกับงานแต่ล่ะประเภท
โดยการหลอมและใส่ธาตุหรือสารปรับปรุงคุณสมบัติลงในในเหล็กดิบหลอมเหลว ผลผลิตที่ได้เรียกว่า "เหล็กกล้า"
เหล็กกล้า(steel) คือเหล็กดิบที่ผ่านกรรมวิธีเพิ่มสารอื่นๆเข้าไปเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของเหล็กให้ดีขึ้น
เหล็กกล้าเป็นเหล็กที่ถูกนำไปใช้ในงานต่างๆมากมาย ทั้งนี้เนื่องจากเหล็กกล้านั้น มีคุณสมบัติในการรับแรงต่างๆได้ดี
เช่น แรงกระแทก (Impact Strength) แรงดึง (Tensile Strength) แรงอัด (Compressive Strength) และ แรงเฉือน (Shear Strength)
ซึ่งธาตุผสมส่วนใหญ่จะเป็นทั้งโลหะและอโลหะ เช่น โมลิบดินั่ม ทังสเตน วาเนเดียม เป็นต้น โดยเหล็กกล้าสามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ดังนี้
เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon steels) หมายถึง เหล็กกล้าที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนเป็นธาตุหลักที่มีอิทธิพลอย่างมากต่อ
คุณสมบัติทางกลของเหล็ก และยังมีธาตุอื่นผสมอยู่อีก ซึ่งแบ่งเหล็กกล้าคาร์บอนออก
เป็น 3 ประเภท ดังนี้
1. เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (Low Carbon Steel)
เป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนไม่เกิน 0.25% นอกจากคาร์บอนแล้ว ยังมีธาตุอื่นผสม- อยู่ด้วย เช่น แมงกานีส ซิลิคอน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน
แต่มีปริมาณน้อยเนื่องจาก หลงเหลือมาจากกระบวนการผลิต เหล็กประเภทนี้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรม และใน ชีวิตประจำวันไม่ต่ำกว่า 90%
เนื่องจากขึ้นรูปง่าย เชื่อมง่าย และราคาไม่แพง โดยเฉพาะเหล็กแผ่นมีการนำมาใช้งานอย่างกว้างขวาง เช่น ตัวถังรถยนต์ ชิ้นส่วนยานยนต์ต่างๆ
กระป๋องบรรจุอาหาร สังกะสีมุงหลังคา เครื่องใช้ในครัวเรือน และในสำนักงาน
2. เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon Steel)
เป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน 0.2-0.5% มีความแข็งแรงและความเค้นแรงดึงมากกว่า เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ แต่จะมีความเหนียวน้อยกว่า
สามารถนำไปชุบแข็งได้ เหมาะกับ งานทำชิ้นส่วนเครื่องจักรกล รางรถไฟ เฟือง ก้านสูบ ท่อเหล็ก ไขควง เป็นต้น
3. เหล็กกล้าคาร์บอนสูง (High Carbon Steel)
เป็นเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน 0.5 - 1.5% มีความแข็งความแข็งแรงและความเค้น- แรงดึงสูง เมื่อชุบแข็งแล้วจะเปราะ เหมาะสำหรับงานที่ทนต่อการสึกหรอ
ใช้ในการทำ เครื่องมือ สปริงแหนบ ลูกปืน เป็นต้น
เหล็กกล้าประสม (Alloys Steel) หมายถึง เหล็กที่มีธาตุอื่นนอกจากคาร์บอน ผสมอยู่ในเหล็ก ธาตุบางชนิดที่ผสมอยู่ อาจมีปริมาณมากกว่าคาร์บอน คิดเป็นเปอร์เซนต์
โดยน้ำหนักในเหล็กก็ได้ธาตุที่ผสม ลงไปได้แก่ โมลิบดินั่ม แมงกานีส ซิลิคอน โครเมียม อลูมิเนียม นิกเกิล และวาเนเดียมเป็นต้น
จุดประสงค์ที่ต้องเพิ่มธาตุต่างๆเข้าไปในเนื้อเหล็ก ก็เพื่อการทำให้คุณสมบัติของเหล็ก เปลี่ยนไปนั่นเองที่สำคัญก็คือ
1. เพิ่มความแข็ง
2. เพิ่มความแข็งแรงที่อุณหภูมิปกติและอุณหภูมิสูง
3. เพิ่มคุณสมบัติทางฟิสิกส์
4. เพิ่มความต้านทานการสึกหรอ
5. เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน
6. เพิ่มคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
7. เพิ่มความเหนียวแน่นทนต่อแรงกระแทก
เหล็กกล้าประสม แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้
1. เหล็กกล้าประสมต่ำ (Low Alloy Steels)
เป็นเหล็กกล้าที่มีธาตุประสมรวมกันน้อยกว่า 8% ธาตุที่ผสมอยู่คือ โครเมี่ยม นิกเกิล โมลิบดินั่ม และแมงกานีส ปริมาณของธาตุที่ใช้ผสมแต่ละตัวจะไม่มากประมาณ 1 2%
ผลจากการผสมทำให้เหล็กสามารถชุบแข็งได้ มีความแข็งแรงสูง เหมาะสำหรับใช้ ในการทำชิ้นส่วนเครื่องจักรกล เช่น เฟือง เพลาข้อเหวี่ยง
จนบางครั้งมีชื่อว่าเหล็กกล้า เครื่องจักรกล (Machine Steels) เหล็กกล้ากลุ่มนี้จะต้องใช้งานในสภาพชุบแข็งและอบก่อนเสมอจึงจะมีค่าความแข็งแรงสูง
2. เหล็กกล้าประสมสูง (High alloy steels)
เหล็กกล้าประเภทนี้จะถูกปรับปรุงคุณสมบัติ สำหรับการใช้งานเฉพาะอย่าง ซึ่งก็จะมีธาตุประสมรวมกันมากกว่า 8% เช่น เหล็กกล้าทนความร้อน
เหล็กกล้าทนการเสียดสี และเหล็กกล้าทนการกัดกร่อน
