เหล็กกล้าคาร์บอน

เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นเหล็กกล้าที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ประมาณ 0.05 ถึง 2.1 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก คำจำกัดความของเหล็กกล้าคาร์บอนจาก American Iron and Steel Institute (AISI) ระบุว่า:

ไม่มีการระบุหรือกำหนดปริมาณขั้นต่ำสำหรับโครเมียม โคบอลต์ โมลิบดีนัม นิกเกิล ไนโอเบียม ไทเทเนียม ทังสเตน วานาเดียม เซอร์โคเนียม หรือองค์ประกอบอื่นใดที่จะเติมเพื่อให้ได้ผลการผสมที่ต้องการ
ค่าต่ำสุดที่ระบุสำหรับทองแดงไม่เกิน 0.40%;
หรือค่าสูงสุดที่ระบุสำหรับองค์ประกอบใด ๆ ต่อไปนี้ไม่เกินเปอร์เซ็นต์ที่ระบุไว้: แมงกานีส 1.65%; ซิลิคอน 0.60%; ทองแดง 0.60%

ตามการใช้งานเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ เหล็กกล้าโครงสร้างคาร์บอน เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอน และเหล็กโครงสร้างที่ตัดง่าย

ตามวิธีการถลุงเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ เหล็กเตาแบบเปิด เหล็กคอนเวอร์เตอร์ และเหล็กเตาไฟฟ้า

ตามวิธีดีออกซิเดชั่นเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถแบ่งออกเป็นเหล็กต้ม เหล็กฆ่าตาย เหล็กกึ่งฆ่า และเหล็กฆ่าพิเศษ ซึ่งแสดงด้วยรหัส F, Z, b และ TZ ตามลำดับ

ตามปริมาณคาร์บอนเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง และเหล็กกล้าคาร์บอนสูง

ตามเนื้อหาของกำมะถันและฟอสฟอรัสเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถแบ่งออกเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา (ปริมาณฟอสฟอรัสและกำมะถันจะสูงขึ้น) เหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพสูง (ปริมาณฟอสฟอรัสและกำมะถันจะลดลง) เหล็กกล้าคุณภาพสูงคุณภาพสูง (ซึ่งมีฟอสฟอรัสต่ำกว่า) และปริมาณกำมะถัน) และเหล็กคุณภาพสูงเกรดพิเศษ

เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถผลิตได้จากเหล็กรีไซเคิล เหล็กบริสุทธิ์ หรือทั้งสองอย่างรวมกัน

Virgin Steel ทำโดยการรวมแร่เหล็ก โค้ก (ผลิตโดยการให้ความร้อนถ่านหินโดยไม่มีอากาศ) และปูนขาวในเตาหลอมที่อุณหภูมิประมาณ 1,650 องศา เหล็กหลอมเหลวที่สกัดจากแร่เหล็กอุดมไปด้วยคาร์บอนจากการเผาไหม้โค้ก สิ่งเจือปนที่เหลือจะรวมกับมะนาวเพื่อสร้างตะกรัน ซึ่งลอยอยู่บนโลหะหลอมเหลวซึ่งสามารถสกัดออกมาได้

เหล็กหลอมที่ได้จะมีคาร์บอนประมาณ 4 % โดยน้ำหนัก จากนั้นปริมาณคาร์บอนนี้จะลดลงตามปริมาณที่ต้องการในกระบวนการที่เรียกว่าการแยกคาร์บอนออก ซึ่งทำได้โดยการส่งออกซิเจนผ่านการหลอม ซึ่งจะออกซิไดซ์คาร์บอนในเหล็ก ทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์

สิ่งสำคัญคือต้องเลือกเกรดเหล็กกล้าคาร์บอนที่เหมาะสมกับความต้องการของโครงการที่มีอยู่ ต่อไปนี้เป็นคำถามที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกประเภทของเหล็กกล้าคาร์บอน

มันจะเชื่อมไหม?
เหล็กกล้าคาร์บอนบางชนิดเหมาะสำหรับการเชื่อม โดยเฉพาะเกรดที่มีคาร์บอนต่ำ อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีกำมะถันสูงไม่ใช่ทางเลือกที่ดีสำหรับการเชื่อม เนื่องจากโลหะสามารถแข็งตัวและแตกได้ในระหว่างกระบวนการเชื่อม เหล็กกล้าคาร์บอนเกรดสูงสามารถใช้เชื่อมได้ แต่อาจต้องผ่านกระบวนการให้ความร้อนก่อนหรือหลัง

มันควรจะแข็งแกร่งแค่ไหน?
เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะคาร์บอนสูง เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำอาจมีความต้านทานแรงดึงไม่เพียงพอที่จะทนทานต่อสภาวะบางประการ ในกรณีที่จำเป็นต้องมีความแข็งแกร่ง แนะนำให้ใช้เหล็กกล้าคาร์บอนที่สูงกว่า โลหะผสมคาร์บอนต่ำที่มีความแข็งแรงสูง เช่น HSLA ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีความแข็งแรงสูงกว่าพร้อมกับความสามารถในการขึ้นรูปที่ดี ก็เป็นตัวเลือกที่ดีเช่นกัน

จำเป็นต้องมีการขึ้นรูปที่ดีหรือไม่?
เหล็กกล้าคาร์บอนมีหลายประเภท และสามารถกำหนดสูตรได้หลายวิธีเพื่อดึงเอาความสามารถที่แตกต่างกันออกมา อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีระดับคาร์บอนต่ำกว่าจะขึ้นรูปได้ง่ายกว่าเหล็กกล้าที่มีระดับคาร์บอนสูงกว่า

เหล็กกล้าคาร์บอนควรได้รับการบำบัดด้วยความร้อนหรือไม่?
เพื่อให้เหล็กกล้าคาร์บอนได้รับการบำบัดด้วยความร้อนได้ง่าย ควรมีระดับคาร์บอนอยู่ที่ .30 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีระดับคาร์บอนต่ำกว่าไม่สามารถให้ความร้อนได้ง่าย เนื่องจากระดับคาร์บอนต่ำจะทำให้เหล็กไม่ก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกของเหล็ก (เรียกว่า มาร์เทนไซต์) ในกรณีเหล่านี้ เหล็กขาดความแข็งแรงและความแข็งที่จำเป็นต่อการทนความร้อนสูง

เหล็กจำเป็นต้องทนต่อการกัดกร่อนหรือไม่?
เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนมีปริมาณเหล็กสูง จึงมักไม่ทนต่อการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม คุณสามารถป้องกันการเกิดออกซิเดชันได้โดยการทาสีหรือเติมน้ำมันลงบนพื้นผิวโลหะ