Upload
naynui-cybernet
View
5.963
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Engineering Materials Week 5 กระบวนการผลิตวัสดุ
Citation preview
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