1. กระบวนการผลิตเหล็กและเหล็กกล้า
2. สูตรการคำนวณน้ำหนักเหล็กโดยประมาณ
3. คุณสมบัติของธาตุต่าง ๆ เมื่อผสมลงไปในเหล็ก
4. ต้นกำเนิดเหล็ก
 

 

กระบวนการผลิตเหล็กและเหล็กกล้า

การผลิตเหล็กและเหล็กกล้าประกอบด้วยขั้นตอนดังนี้
1. การแต่งแร่และการถลุง
2. การหลอมและการปรุงส่วนผสม
3. การหล่อ
4. การแปรรูป เช่น การรีด การตีขึ้นรูป
ผลิตภัณฑ์ ที่ผ่านขั้นตอนที่ 4 แล้ว สามารถนำไปผ่านขบวนต่างๆ ของอุตสาหกรรมต่อเนื่อง เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายตามประเภทของการใช้งาน เช่น วัสดุก่อสร้าง ท่อ คอนเทนเนอร์ ถังความดัน ชิ้นส่วนยานยนต์ ไฟฟ้าและเครื่องจักรกล เป็นต้น
ในประเทศไทย การผลิตเหล็กและเหล็กกล้าจะเริ่มจากขั้นกลาง คือ การหลอมและการหล่อ

1. การแต่งแร่และการถลุง
การ แต่งแร่ คือ การแปรสภาพสินแร่ให้ได้ขนาดและคุณสมบัติที่เหมาะสมต่อการถลุง เช่น การบดแร่ให้ละเอียดเพื่อแยกเหล็กจากมลทินแล้ว อาจแยกโดยอาศัยความถ่วงเฉพาะที่ต่างกัน (Float) หรือใช้การแยกด้วยแม่เหล็ก (Magnetic separation) ซึ่งแร่ที่ได้จะละเอียดเกินไป ต้องทำให้เป็นก้อน (Agglomeration) ก่อนป้อนเข้าเตาถลุง
การถลุงเหล็ก คือ การแปรสภาพแร่เหล็กให้มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น (%เหล็กเพิ่มขึ้น) โดยการขจัดสิ่งเจือปนต่างๆ ออกจากแร่เหล็ก
2. การหลอมและการปรุงส่วนผสม
การ หลอมเหล็ก คือ การให้ความร้อนแก่ เหล็กถลุง (Pig iron) เหล็กพรุน หรือเศษเหล็ก ทำให้เหล็กหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1600 °C)
สำหรับ การผลิตเหล็กกล้า ในขั้นตอนการหลอมนี้ จะมีการปรับปรุงส่วนผสมทางเคมีของเหล็กโดยการทำออกซิเดชั่นเพื่อลดปริมาณ คาร์บอนและฟอสฟอรัส การเติมสารประกอบต่างๆ เพื่อลดปริมาณสารเจือปนและทำให้ผลิตภัณฑ์เหล็กมีคุณสมบัติตามที่ต้องการ .ในขั้นตอนนี้ สิ่งเจือปนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารประกอบออกไซด์ ซิลิเกตของธาตุต่างๆ จะแยกตัวจากน้ำโลหะ ซึ่งเราเรียกสิ่งเจือปนที่แยกออกมานี้ว่า Slag
3. การหล่อ
การหล่อเหล็ก คือ การนำเหล็กหลอมเหลวที่ได้ปรุงแต่งส่วนผสมแล้วเทลงในแบบเพื่อให้เกิดการแข็งตัวตามรูปร่างที่ต้องการ
การหล่อสามารถแบ่งได้แบ่ง 2 แบบ

1. Ingot casting คือ การหล่อแบบที่น้ำเหล็กกล้าถูกเทลงสู่แบบหล่อที่ไม่เคลื่อนไหว (Stationary mold) เพื่อหล่อเป็นแท่งโลหะ (Ingot)
2. การหล่อแบบต่อเนื่อง (Continuous casting) คือ การที่น้ำเหล็กหลอมเหลวได้ไหลผ่านแบบหล่อ (Mold) อย่างต่อเนื่องและแข็งตัวเป็น “ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จ” คือ Billet, Bloom หรือ Slab ซึ่งสามารถตัดและนำไปผ่านขบวนการแปรรูปต่อไป
ปัจจุบัน การหล่อแบบต่อเนื่องเป็นที่นิยม เนื่องจากนำมาสู่การเพิ่มสัดส่วนผลผลิตที่ได้รับ (Yield), ปรับปรุงคุณภาพ, เพิ่มความสามารถในการผลิตและประสิทธิภาพของการลงทุน

4. การแปรรูป
การ แปรรูป คือ การแปรรูปเหล็กกล้าที่ได้หลอมเพื่อให้ได้รูปร่างและขนาดที่ต้องการ นอกจากนี้ยังเป็นการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงของผลิตภัณฑ์เหล็กกล้าอีกด้วย การแปรรูปประกอบด้วยการแปรรูปร้อนและการแปรรูปเย็น
สำหรับเหล็กแผ่น เมื่อผ่านการรีดร้อนแล้วสามารถนำไปใช้งานบางอย่างได้โดยตรง แต่สำหรับเหล็กแผ่นบางจะถูกลดขนาดด้วยการรีดเย็นต่อ เพื่อให้ได้ความหนาตามที่ต้องการและด้วยเหตุผลอื่นๆ ดังนี้

1. เพื่อปรับปรุงคุณภาพผิว
2. เพื่อให้ได้คุณสมบัติเชิงกลที่ต้องการ
3. เพื่อให้ได้ความหนาที่ต่ำกว่าเหล็กแผ่นรีดร้อน
4. เพื่อควบคุมให้ความคลาดเคลื่อนของความหนาต่ำ
เนื่อง จากการรีดร้อนจะประหยัดกว่าการรีดเย็น ดังนั้นในการผลิตเหล็กแผ่นบางจึงเริ่มจากการรีดร้อนให้ได้ขนาดค่าหนึ่งก่อน จากนั้นจึงทำการรีดเย็นต่อ

การรีดเย็นของเหล็กแผ่น (Cold Rolling of Flat Products)

การ ผลิตเหล็กแผ่นรีดเย็นจะใช้เหล็กแผ่นรีดร้อนชนิดม้วน (HR coil) เป็นวัตถุดิบในการผลิต โดยเริ่มจากการตัดส่วนปลายของม้วนเหล็กแผ่นรีดร้อนและทำการเชื่อม (Welding) เพื่อให้สามารถผ่านกระบวนการกัดกรด (Pickling) อย่างต่อเนื่องได้ จากนั้น เหล็กแผ่นรีดร้อน (Black coil) จะถูกทำให้เคลื่อนตัวผ่านเครื่องกำจัดสนิมเหล็กทางกล (Scale breaker) เพื่อให้สนิมที่ผิวแตกและง่ายต่อการกัดกรด เหล็กแผ่นที่ผ่าน Scale breaker จะถูกทำให้เคลื่อนตัวลงสู่อ่างกรดเพื่อทำการกัดสนิม (Pickling) เหล็กแผ่นที่ผ่านการกัดกรดขจัดสนิมแล้วจะมีสีขาวเทา ซึ่งจะผ่านเครื่องตัดขอบ (Side trimmer) เพื่อให้ขอบเรียบและลดการฉีกขาดจากขอบของเหล็กเมื่อทำการรีดลดขนาดปริมาณมาก เหล็กที่ผ่านการกัดขอบแล้วจะถูกนำไปรีดเย็นต่อเพื่อลดขนาดความหนาลง โดยการรีดเย็น (Cold rolling) จะทำที่อุณหภูมิห้อง (แตกต่างจากเหล็กแผ่นรีดร้อนซึ่งโดยทั่วไปรีดที่อุณหภูมิสูงกว่า 870 °C ซึ่งเนื้อเหล็กขณะรีดร้อนยังมีสีเหลืองและสามารถเกิดสนิมขณะรีดได้) เหล็กแผ่นที่ผ่านการรีดเย็นมาจะมีผิวที่มันกว่าเหล็กแผ่นรีดร้อนซึ่งมีผิว ที่ด้าน อย่างไรก็ตาม เหล็กแผ่นที่ผ่านการรีดมายังมีความเครียดภายในเนื้อเหล็กเหลือค้าง ทำให้มีความแข็งสูง ความสามารถในการยืดตัว (Elongation) ต่ำ ตลอดจนมีความไม่สม่ำเสมอของคุณสมบัติเชิงกลในทิศทางต่างๆ สูงจึงไม่เหมาะแก่การใช้งานในลักษณะที่ต้องการนำไปขึ้นรูป จึงต้องผ่านการอบ (Annealing) เพื่อให้คลายความเครียดในเนื้อเหล็กลง เหล็กที่ผ่านการอบแล้วจะผ่านการรีดเย็นอีกเล็กน้อยโดยความหนาแทบไม่เปลี่ยน แปลง (Temper rolling) เพื่อปรับความเรียบ คุณภาพผิว และขจัดการยืดตัว ณ. จุดคลาก (Yield point elongation) ซึ่งช่วยให้เหล็กแผ่นแปรรูปได้อย่างสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

เหล็กแผ่นรีดเย็นสามารถนำไปใช้งานในลักษณะที่ต้องการคุณภาพผิวสูงกว่าและความหนาต่ำกว่าเหล็กแผ่นรีดร้อน เช่น
- นำไปทำเฟอร์นิเจอร์, เครื่องใช้ไฟฟ้า
- ใช้สำหรับงานด้านยานยนต์
- นำไปเคลือบดีบุกเพื่อทำเหล็กแผ่นสำหรับงานกระป๋องอาหาร เป็นต้น


การรีดร้อนของเหล็กแผ่น (Hot Rolling of Flat Products)

โดย ทั่วไป การผลิตเหล็กแผ่นรีดร้อนในประเทศไทยจะเริ่มจากการหลอมเศษเหล็กด้วยเตาไฟฟ้า (Electric Arc Furnace) เพื่อผลิตน้ำเหล็กให้ได้ตามส่วนผสมทางเคมีที่ต้องการ จากนั้น น้ำเหล็กจะถูกทำให้แข็งตัวโดยผ่านขบวนการหล่อแบบต่อเนื่อง (Continuous casting) เพื่อหล่อเป็นเหล็กแผ่นหนา (Slab) Slab จะถูกตัดด้วยเครื่องตัด (Shearing machine) เพื่อให้ได้ขนาดที่เหมาะสมก่อนที่จะผ่านเตาอบ (Slab reheating furnace) เพื่อให้ความร้อน (สำหรับบางโรงงานที่ไม่มีเตาไฟฟ้าสำหรับหลอมเศษเหล็ก จะนำเข้า Slab จากต่างประเทศเข้ามาเป็นวัตถุดิบ) โดยอุณหภูมิที่ใช้อบ (Slab reheating temperature, SRT) อยู่ในช่วงประมาณ 1100-1250 °C จากนั้น Slab ที่ผ่านเตาออกมาจะผ่านการขจัดสนิม (Descaling) ด้วยน้ำที่พ่นมาที่ผิวเหล็กด้วยแรงดันสูง และผ่านสู่การรีดลดขนาดที่อุณหภูมิสูง (Hot rolling) โดยอุณหภูมิขณะที่เหล็กผ่านแท่นการรีดสุดท้าย (Finishing temperature, FT) โดยทั่วไปจะสูงกว่า 870 °C หลังจากผ่านแท่นรีดสุดท้าย เหล็กแผ่นจะถูกทำให้เย็นลงโดยการผ่านน้ำหล่อเย็น (Cooling table) และเข้าสู่เครื่องม้วน (Coiler) ซึ่งโดยทั่วไปอุณหภูมิที่ใช้ม้วน (Coiling temperature, CT) จะอยู่ในช่วงประมาณ 550-710 °C เหล็กแผ่นรีดร้อนที่ได้จะมีผิวสีเทาดำ หรือ เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Black coil หรืออาจนำไปผ่านการกัดกรดและเคลือบน้ำมัน จะเรียกว่า Pickled and Oiled (P&O)
เหล็กแผ่นรีดร้อนสามารถนำไปใช้งานในลักษณะที่ไม่ต้องการคุณภาพผิวสูงนัก เช่น
- นำไปพับเป็นเหล็กสำหรับงานโครงสร้าง เช่น เหล็กรูปตัว C (C-channel)
- นำไปม้วนทำท่อขนาดเล็ก (Pipe and Tube) เช่น ท่อน้ำมัน
- นำไปม้วนทำท่อขนาดใหญ่ (Spiral pipe) เช่น ท่อประปาขนาดใหญ่
- นำไปถังแก๊สหุงต้ม
- นำไปทำ Container
- ใช้สำหรับอุตสาหกรรมต่อเรือ
- ใช้ขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนยานยนต์หรือใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเหล็กแผ่นรีดเย็น

 

---

 

สูตรการคำนวณน้ำหนักเหล็กโดยประมาณ

1. เหล็กกลม
               เส้นผ่าศูนย์กลาง (ซม.) x เส้นผ่าศูนย์กลาง (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0062 = น้ำหนัก (กก.)
 

2. เหล็กสี่เหลี่ยม
               ขนาด (ซม.) x ขนาด (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0079 = น้ำหนัก (กก.)
 

3. เหล็กหกเหลี่ยม
               ขนาด (ซม.) x ขนาด (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0068 = น้ำหนัก (กก.)
 

4. เหล็กแปดเหลี่ยม
               ขนาด (ซม.) x ขนาด (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0065 = น้ำหนัก (กก.)
 

5. เหล็กแบน
               ความหนา (ซม.) x ความกว้าง (ซม.) x ความยาว (ซม.) x 0.0079 = น้ำหนัก (กก.)
 

6. เหล็กแผ่น
               ความหนา (มม.) x ความกว้าง (ฟุต) x ความยาว (ฟุต) x 0.7293 = น้ำหนัก (กก.)

 

---

คุณสมบัติของธาตุต่าง ๆ เมื่อผสมลงไปในเหล็ก

คาร์บอน (Carbon) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ C

        เป็นธาตุที่สำคัญที่สุด จะต้องมีผสมอยู่ในเนื้อเหล็ก มีคุณสมบัติทำให้เหล็กแข็งเพิ่มขึ้น หลังจากนำไปอบชุบ (Heat Treatment) โดยรวมตัวกับเนื้อเหล็ก เป็นสารที่เรียกว่า มาร์เทนไซต์ (Martensite) และซีเมนไตด์ (Cementite) นอกจากนั้น คาร์บอนยังสามารถรวมตัวกับเหล็ก และธาตุอื่น ๆ กลายเป็นคาร์ไบด์ (Carbide) ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอของเหล็ก อย่างไรก็ตาม คาร์บอนจะลดความยืดหยุ่น (Elasticity) ความสามารถในการตีขึ้นรูป (Forging) และความสามารถในการเชื่อม (Welding) และไม่มีผลต่อความต้านทานการกัดกร่อน

อลูมิเนียม (Aluminium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Al

        เป็นธาตุที่นิยมใช้เป็นตัวไล่แก็สออกซิเจน และไนโตรเจน (Deoxidizer และ Denitrizer) มากที่สุด ซึ่งผสมอยู่เล็กน้อยในเหล็ก จะมีผลทำให้เนื้อละเอียดขึ้น เมื่อใช้ผสมลงในเหล็กที่จะนำไปผ่านกระบวนการอบชุบแข็ง โดยวิธีไนไตรดิ้ง (Nitriding) ทั้งนี้เนื่องจากอลูมิเนียมสามารถรวมตัวกับไนโตรเจน เป็นสารที่แข็งมาก ใช้ผสมลงในเหล็กทนความร้อนบางชนิด เพื่อให้ต้านทานต่อการตกสะเก็ด (Scale) ได้ดีขึ้น

โบรอน (Boron) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ B

        ช่วยเพิ่มความสามารถชุบแข็งแก่เหล็ก ที่ใช้ทำชิ้นส่วนเครื่องจักรทั่วไป จึงทำให้ใจกลางของงานที่ทำด้วยเหล็กชุบผิวแข็ง มีความแข็งสูงขึ้น โบรอนสามารถดูดกลืนนิวตรอนได้สูง จึงนิยมเติมในเหล็กที่ใช้ทำฉากกั้นอุปกรณ์นิวเคลียร์

เบริลเลียม (Beryllium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Be

        สปริงนาฬิกาซึ่งต้องต่อต้านอำนาจแม่เหล็ก และรับแรงแปรอยู่ตลอดเวลานั้น ทำจากทองแดงผสมเบริลเลียม (Beryllium-Coppers Alloys) โลหะผสมนิกเกิล-เบริลเลียม (Ni-Be Alloys) แข็งมาก ทนการกัดกร่อนได้ดี ใช้ทำเครื่องมือผ่าตัด

แคลเซียม (Calcium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ca

        แคลเซียมจะใช้ในลักษณะแคลเซียมซิลิไซด์ (CaSi) เพื่อลดออกซิเดชั่น (Deoxidation) นอกจากนั้น แคลเซียม ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดสเกลของวัสดุที่ใช้เป็นตัวนำความร้อน

ซีเรียม (Cerium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ce

        เป็นตัวลดออกซิเจนและกำมะถันได้ดี ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้าน Hot Working ของเหล็กกล้า และปรับปรุงความต้านทานการเกิดสเกลของเหล็กทนความร้อน

โคบอลต์ (Cobalt) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Co

        ไม่ทำให้เกิดคาร์ไบด์ แต่สามารถป้องกันไม่ไห้เหล็กเกิดเนื้อหยาบที่อุณหภูมิสูง ดังนั้น จึงช่วยปรับปรุงให้เหล็กมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุนี้ จึงใช้ผสมในเหล็กขึ้นรูปงานร้อน เหล็กทนความร้อน และเหล็กไฮสปีด ธาตุโคบอลต์เมื่อได้รับรังสีนิวตรอนจะเกิดเป็น โคบอลต์ 60 ซึ่งเป็นสารกัมมันตภาพรังสีอย่างรุนแรง ดังนั้น จึงไม่ควรเติมโคบอลต์ลงในเหล็กที่ใช้ทำเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู

โครเมียม (Chromium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Cr

        ทำให้เหล็กอบชุบได้ง่ายขึ้น เพราะลดอัตราการเย็นตัววิกฤตลงอย่างมาก สามารถชุบในน้ำมันหรืออากาศได้ (Oil or Air Quenching) เพิ่มความแข็งให้เหล็ก แต่ลดความทนทานต่อแรงกระแทก (Impact) ลง โครเมียมที่ผสมในเหล็กจะรวมตัวกับคาร์บอน เป็นสารประกอบพวกคาร์ไบด์ ซึ่งแข็งมาก ดังนั้น จึงทำให้เหล็กทนทานต่อแรงเสียดสี และบริเวณที่เป็นรอยคมหรือความคมไม่ลบง่าย ทำให้เหล็กเป็นสนิมได้ยาก เพิ่มความแข็งแรงของเหล็กที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูง เพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารต่าง ๆ ได้ดีขึ้น

ทองแดง (Copper) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Cu

        เพิ่มความแข็งแรง ถ้ามีทองแดงผสมอยู่ในเหล็กแม้เพียงเล็กน้อย เหล็กจะไม่เกิดสนิมเมื่อใช้งานในบรรยากาศ ทองแดงจะไม่มีผลเสียต่อความสามารถในการเชื่อมของเหล็กแต่อย่างไร

แมงกานีส (Manganese) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Mn

        ใช้เป็นตัวไล่กำมะถัน (S) ซึ่งเป็นตัวที่ไม่ต้องการในเนื้อเหล็ก จะถูกกำจัดออกในขณะหลอม ทำให้เหล็กอบชุบแข็งง่ายขึ้น เนื่องจากเป็นตัวลดอัตราการเย็นตัววิกฤต (Critical Cooling Rate) ทำให้เหล็กทนทานต่อแรงดึงได้มากขึ้น เพิ่มสัมประสิทธิ์การขยายตัวของเหล็กเมื่อถูกความร้อน แต่จะลดคุณสมบัติในการเป็นตัวนำไฟฟ้า และความร้อน นอกจากนั้น แมงกานีสยังมีอิทธิพลต่อการขึ้นรูปหรือเชื่อม เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีปริมาณแมงกานีสเพิ่มขึ้น จะทนต่อการเสียดสีได้ดีขึ้นมาก

โมลิบดีนัม (Molybdenum) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Mo

        ปกติจะใช้ผสมรวมกับธาตุอื่น ๆ เป็นตัวลดอัตราการเย็นตัววิกฤต ทำให้อบชุบง่ายขึ้น ป้องกันการเปราะขณะอบคืนตัว (Temper Brittleness) ทำให้เหล็กมีเนื้อละเอียด เพิ่มความทนทานต่อแรงดึงแก่เหล็กมากขึ้น สามารถรวมตัวกับคาร์บอนเป็นคาร์ไบด์ได้ง่ายมาก ดังนั้น จึงปรับปรุงคุณสมบัติในการตัดโลหะ (Cutting) ของเหล็กไฮสปีดได้ดีขึ้น เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) แก่เหล็ก อย่างไรก็ตาม เหล็กที่มีโมลิบดินั่มสูงจะตีขึ้นรูปยาก

ไนโตรเจน (Nitrogen) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ N

        ขณะทำไนไตรดิ้ง (Nitriding) ไนโตรเจนจะรวมตัวกับธาตุบางชนิดในเหล็ก เกิดเป็นสารประกอบไนไตรด์ ซึ่งทำให้ผิวงานมีความแข็งสูงมาก ต้านทานการสึกหรอได้ดีเยี่ยม

นิกเกิล (Nickel) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ni

        เป็นตัวที่เพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกของเหล็ก ดังนั้น จึงใช้ผสมในเหล็กที่จะนำไปชุบแข็งที่ผิว ใช้ผสมกับโครเมียม ทำให้เหล็กทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี ไม่เป็นสนิมง่าย ทนความร้อน

ออกซิเจน (Oxigen) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ O

        ออกซิเจนเป็นอันตรายต่อเหล็ก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ชนิด ส่วนผสม รูปร่าง และการกระจายตัวของสารประกอบที่เกิดจากออกซิเจนนั้น ออกซิเจนทำให้คุณสมบัติเชิงกล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความต้านทานแรงกระแทกลดลง (ตามแนวขวาง) และเปราะยิ่งขึ้น

ตะกั่ว (Lead) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Pb

        เหล็กฟรีแมชชีนนิ่ง (Free-Machining Steel) มีตะกั่วผสมอยู่ประมาณ 0.20 - 0.50 % โดยตะกั่วจะเป็นอนุภาคละเอียด กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอภายในเนื้อเหล็ก เมื่อนำไปกลึง หรือตัดแต่งด้วยเครื่องมือกลทำให้ขี้กลึงขาดง่าย จึงทำให้ตัดแต่งได้ง่าย ตะกั่วไม่มีผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก

ฟอสฟอรัส (Phosphorus) และกำมะถัน (Sulphur) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ P และ S ตามลำดับ

        เป็นตัวทำลายคุณสมบัติของเหล็ก แต่มักผสมอยู่ในเนื้อเหล็กโดยไม่ได้ตั้งใจ ต้องพยายามให้มีน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มักจะเรียกสารเหล่านี้ว่า สารมลทิน (Impurities) เหล็กเกรดสูงจะต้องมีฟอสฟอรัสไม่เกิน 0.03 - 0.05 % ส่วนกำมะถันจะทำให้เหล็กเกิด Red Shortness จึงแตกเปราะง่าย โดยทั่วไปจึงจำกัดปริมาณกำมะถันในเหล็กไม่เกิน 0.025 หรือ 0.03 % ยกเว้น เหล็กฟรีแมชชีนนิ่ง (Free Machining) ที่เติมกำมะถันถึง 0.30 % เพื่อให้เกิดซัลไฟด์ขนาดเล็กกระจายทั่วเนื้อเหล็ก ทำให้ขี้กลึงขาดง่าย จึงตัดแต่งด้วยเครื่องมือกลได้ง่าย

ซิลิคอน (Silicon) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Si

        ซิลคอนจะปรากฏในเหล็กทุกชนิด เนื่องจากสินแร่เหล็กมักมีซิลิคอนผสมอยู่ด้วยเสมอ ซิลิคอนไม่ใช่โลหะ แต่มีสภาพเหมือนโลหะ ใช้เป็นตัวทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิ่ง (Oxidizing) ทำให้เหล็กแข็งแรงและทนทานต่อการเสียดสีได้ดีขึ้น เพิ่มค่าแรงดึงที่จุดคราก (Yield Point) ของเหล็กให้สูงขึ้นมาก ดังนั้น จึงใช้ผสมในการทำเหล็กสปริง (Spring Steels) ช่วยทำให้เหล็กทนทานต่อการตกสะเก็ด (Scale) ที่อุณหภูมิสูงได้ดี จึงใช้ผสมในเหล็กทนความร้อน   เหล็กกล้าที่มีซิลิคอนสูงจะมีเกรนหยาบ

ไทเทเนียม (Titanium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ Ti

        ไทเทเนียมเป็นโลหะที่แข็งมาก ทำให้เกิดคาร์ไบด์ได้ดี เป็นธาตุผสมที่สำคัญในเหล็กสเตนเลส เพื่อป้องกันการผุกร่อนตามขอบเกรน นอกจากนั้น ไทเทเนียมยังช่วยทำให้เหล็กมีเกรนละเอียด

วาเนเดียม (Vanadium) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ V

        ทำให้เหล็กทนต่อความร้อนได้ดี เพิ่มความแข็งแรงให้กับเหล็ก โดยไม่ทำให้คุณสมบัติในการเชื่อม และการดึงเสียไป ทำให้เหล็กมีเนื้อละเอียด รวมตัวกับคาร์บอนที่เป็นคาร์ไบด์ได้ง่าย จึงทำให้ทนทานต่อการสึกกร่อน มักจะผสมในเหล็กขึ้นรูปร้อน (Hot Working Steels) และเหล็กไฮสปีด

ทังสเตน (Tungsten) สัญลักษณ์ทางเคมี คือ W

        สามารถรวมตัวกับคาร์บอนเป็น คาร์ไบด์ ที่แข็งมาก จึงทำให้เหล็กที่ผสมทังสเตนมีความแข็งมาก หลังจากผ่านการอบชุบ จึงใช้ทำพวกเครื่องมือคม (Cutting Tools) ต่าง ๆ ทำให้เหล็กเหนียวขึ้น และป้องกันไม่ไห้เหล็กเกิดเนื้อหยาบ เนื่องจากการที่เกรนขยายตัว เพิ่มความทนทานต่อการเสียดสีของเหล็ก ดังนั้น จึงนิยมเติมทังสเตนในเหล็กไฮสปีด (Hi-Speed) และเหล็กที่ต้องอบชุบแข็งโดยทั่วไป

 

 

---

 

ต้นกำเนิดเหล็ก

เหล็ก (อังกฤษ:Iron)เป็นธาตุเคมีในตารางธาตุ มีสัญลักษณ์เป็น Fe และ หมายเลขอะตอม 26. เหล็กอยู่ในธาตุหมู่ 8 และคาบ 4 โลหะสัญลักษณ์ Fe ย่อมาจากferrum, ในภาษาละติน แปลว่าเหล็ก

ยุคเหล็ก เป็นยุคหลังจากยุคสำริตยุคที่มนุษย์เริ่มใช้เหล็กในการทำเครื่องมือเครื่อง ใช้ต่างๆในการดำรงชีวิต การใช้เหล็กเริ่มในตะวันออกกลางเมื่อ 467 ปีก่อนพุทธศักราช จากนั้นจึงแพร่เข้าสู่ยุโรปโดยเข้ามาแทนที่เครื่องมือจากสำริด เมื่อประมาณ 57 ปีก่อนพุทธศักราช ในอินเดีย เริ่มใช้เหล็กเมื่อ 457 ปี ก่อนพุทธศักราช ในแอฟริกา เริ่มใช้เหล็กเมื่อราวพ.ศ. 43 เครื่องมือเหล็กแพร่เข้าไปในจีนเมื่อ 107 ปีก่อนพุทธศักราช
แร่เหล็กในประเทศไทย

เหล็ก ในปัจจุบันประเทศไทย ได้มีการสำรวจพบแร่เหล็กอยู่มากมายหลายแห่งทั่วประเทศ โดยสำรวจพบ ในบริเวณจังหวัดต่างๆ รวม 29 จังหวัด แร่เหล็กที่สำรวจพบนี้ บางบริเวณได้ทำการสำรวจจนสามารถประเมินปริมาณสำรอง ของแร่และพัฒนาเปิดเหมืองผลิตได้ และยังมีอีกหลายบริเวณที่รอการสำรวจและพัฒนาให้เกิดคุณค่าทางเศรษฐกิจต่อไป สำหรับบริเวณที่มีศักยภาพทางแร่เหล็กสูงสุด ได้แก่ บริเวณอำเภอเชียงคาน อำเภอเมือง และอำเภอวังสะพุง จังหวัดเลย ซึ่งขณะนี้สามารถประเมินปริมาณสำรองได้ทั้งหมดประมาณ 27 ล้านตัน (45-65% Fe) นอกจากนั้นมีอยู่กระจัดกระจาย ในภาคต่างๆ ของประเทศไทย ซึ่งสามารถสรุปพื้นที่ศักยภาพทางแร่เหล็กที่น่าสนใจได้ ดังนี้1) ภาคเหนือ บริเวณอำเภอแม่แจ่ม จังหวัดเชียงใหม่ บริเวณอำเภอเสริมงาม จังหวัดลำปาง-อำเภอวังชิ้น จังหวัดแพร่ 2) ภาคกลาง บริเวณอำเภอพรานกระต่าย จังหวัดกำแพงเพชร บริเวณอำเภอหนองไผ่ จังหวัดเพชรบูรณ์ บริเวณอำเภอโคกสำโรง และอำเภอเมือง จังหวัดลพบุรี 3) ภาคตะวันตก บริเวณอำเภอบ่อพลอย จังหวัดกาญจนบุรี 4) ภาคตะวันออบริเวณอำเภอนาดี จังหวัดปราจีนบุรี บริเวณอำเภอบางคล้า จังหวัดฉะเชิงเทรา-อำเภอพนัสนิคม จังหวัดชลบุรี 5) ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ บริเวณอำเภอเชียงคาน อำเภอเมือง และอำเภอวังสะพุง จังหวัดเลย 6) ภาคใต้ บริเวณอำเภอบ้านนาสาร จังหวัดสุราษฎร์ธานี บริเวณอำเภอท่าศาลา และ อำเภอฉวาง จังหวัดนครศรีธรรมราช สำหรับแหล่งแร่เหล็กที่สำรวจพบในปัจจุบัน เป็นเพียงแหล่งแร่เหล็กที่มีขนาดไม่ใหญ่นัก เมื่อเทียบกับแหล่งแร่เหล็ก ที่มีการผลิตแล้วในโลกนี้ ซึ่งจะมีปริมาณสำรองของแร่เหล็กนับเป็นพันล้านตันหรืออย่างต่ำเป็นร้อยล้าน ตันขึ้นไป โดยแหล่งแร่เหล็ก ที่พบแล้วในไทยจะมีปริมาณสำรองของแต่ละแหล่งอย่างมากไม่เกิน 15 ล้านตันเท่านั้น เช่น แหล่งภูยาง อำเภอเชียงคาน จังหวัดเลย มีปริมาณสำรองของแร่เหล็กประมาณ 19 ล้านตัน สำหรับแหล่งแร่เหล็กที่สำรวจพบ และสามารถประเมิน ปริมาณสำรองได้มากกว่า 100,000 ตันนั้น รวม 22 แหล่ง คิดเป็นปริมาณสำรองของแร่เหล็ก รวมทั้งสิ้น ประมาณ 50 ล้านตัน สำหรับแหล่งแร่เหล็กที่สำรวจพบในปัจจุบัน เป็นเพียงแหล่งแร่เหล็กที่มีขนาดไม่ใหญ่นัก เมื่อเทียบกับแหล่งแร่เหล็ก ที่มีการผลิตแล้วในโลกนี้ ซึ่งจะมีปริมาณสำรองของแร่เหล็กนับเป็นพันล้านตันหรืออย่างต่ำเป็นร้อยล้าน ตันขึ้นไป โดยแหล่งแร่เหล็ก ที่พบแล้วในไทยจะมีปริมาณสำรองของแต่ละแหล่งอย่างมากไม่เกิน 15 ล้านตันเท่านั้น เช่น แหล่งภูยาง อำเภอเชียงคาน จังหวัดเลย มีปริมาณสำรองของแร่เหล็กประมาณ 19 ล้านตัน สำหรับแหล่งแร่เหล็กที่สำรวจพบ และสามารถประเมิน ปริมาณสำรองได้มากกว่า 100,000 ตันนั้น รวม 22 แหล่ง คิดเป็นปริมาณสำรองของแร่เหล็ก รวมทั้งสิ้น ประมาณ 50 ล้านตัน
กรรมวิธีผลิตเหล็กดิบ

แร่ เหล็กที่ขุดได้จากพื้นโลกในครั้งแรกนั้น จะอยู่ในลักษณะเป็นของผสม ซึ่งมีสารอื่นๆผสมปะปนอยู่ เช่น ดิน หิน ทราย แร่เหล็กที่บริสุทธิ์จริงๆ นั้นเกือบจะไม่มีเลย อาจพบบ้างในลูกอุกาบาตหรือดาวตกก้อนโตๆ เมื่อนำแร่เหล็กมาถลุงจะได้เหล็กบริสุทธิ์ เหล็กบริสุทธิ์นี้นำมาใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรมได้น้อย เนื่องจากมีคุณสมบัติในการใช้งานค่อนข้างจำกัด ดังนั้น เหล็กที่จะนำไปใช้งานทางด้านอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะเป็นเหล็กประสม สารที่ผสมลงไปในเนื้อเหล็กมีทั้งที่เป็นโลหะและอโลหะ ทั้งนี้เพื่อต้องการปรับปรุงคุณภาพของเหล็กให้สามารถนำไปใช้งานได้ดียิ่ง ขึ้น เช่นทำให้สามารถทนต่อแรงดึงได้มากขึ้น ทำให้เหล็กมีความแข็งมากขึ้น