ก่อนจะมาเป็นเหล็กในงานก่อสร้าง

เหล็กในงานก่อสร้าง ตอนที่ 1

เหล็กในงานก่อสร้าง เหล็กที่เราใช้งานอยู่ทุกวันนี้รวมถึงในการก่อสร้าง ก่อนจะมาเป็นเหล็กที่ใช้งานได้ต้องผ่านขั้นตอนอะไรและดูคุณภาพอย่างไร การจะเลือกใช้เหล็กอย่างไรคงหนีไม่พ้นความรู้ในเบื้องต้นที่ต้องทราบเกี่ยวกับเหล็ก ถึงจะเข้าใจและนำไปสู่การเลือกใช้ได้อย่างถูกต้อง

วิวัฒนาการและประวัติของเหล็กก่อนจะมาถึงปัจจุบัน

มนุษย์เราเริ่มรู้จักเหล็กและหันมาเริ่มใช้ประโยชน์จากแร่เหล็กมาตั้งแต่ประมาณ 4,000 ปีก่อนคริสต์ศักราช โดยชาวอียิปต์โบราณเป็นชนกลุ่มแรก ที่รู้จักใช้แร่เหล็ก พวกเขาแยกเอาโลหะเหล็กออกจากลูกอุกกาบาต และประมาณ 1,200 ปีก่อนคริสต์ศักราช ได้เริ่มมีการถลุงแร่เหล็ก จนอีกประมาณ 400 ปีต่อมา มีการใช้เหล็กมาก และสามารถเรียกได้ว่าเป็นเวลาเริ่มต้นของยุคเหล็ก ซึ่งในยุคนั้นมนุษย์ได้รู้จักการใช้ประโยชน์จากโลหะเหล็ก สามารถแยกเอาโลหะเหล็กมาใช้ประโยชน์ในการทำเครื่องมือ อาวุธ และเครื่องใช้อื่นๆ ตั้งแต่นั้นมาเหล็กจึงกลายเป็นโลหะที่มีการใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย และมีความสำคัญมาก ทั้งต่อเศรษฐกิจ สังคม และคุณภาพชีวิตของมนุษย์ ณ ขณะนั้น

เมื่อมาถึงในคริสต์ศตวรรษที่ 14 ได้มีเตาถลุงเหล็กขึ้นในครั้งแรกที่ประเทศอังกฤษ และต่อมาประเทศอังกฤษก็ได้มีการพัฒนาอุตสาหกรรมเหล็กมาจนถึงในคริสต์ศตวรรษที่ 19 จึงส่งผลให้ขณะนั้นประเทศอังกฤษเป็นประเทศอุตสาหกรรมชั้นนำของโลก ส่วนในแถบเอเชีย เหล็กเริ่มมีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับอารยธรรมเอเชียยุคแรก โดยเริ่มในประเทศอินเดียซึ่งมีหลักฐานคือ เสาเหล็ก หนักประมาณ 6.5 เมตริกตัน มีอายุประมาณ 1,600 ปี นอกจากนี้ โลหะเหล็กยังมีความเกี่ยวข้องกับอารยธรรมจีนยุคแรกๆ โดยชาวฮั่นรู้จักการใช้เหล็กสร้างปืนใหญ่และเครื่องมือต่างๆ มาตั้งแต่ประมาณ 200 ปีก่อนคริสต์ศักราช

ส่วนในประเทศไทยนั้นมีการนำแร่เหล็กมาหลอมและตีเหล็กทำเป็นดาบ มีด จอบ และไถ แหล่งแร่เหล็กที่มีชื่อเสียงในสมัยโบราณ ซึ่งเป็นแหล่งแร่ซึ่งมีแร่เหล็กที่แข็งแกร่งมาก คือ แหล่งแร่เหล็กบ่อน้ำพี้ จังหวัดอุตรดิตถ์ ส่วนเหล็กจากแหล่งแร่เหล็กเขาอึมครึม จังหวัดกาญจนบุรี ได้ชื่อว่าเป็นเหล็กที่มีความเหนียวและคงทนมากกว่าแหล่งอื่นๆ ปัจจุบันแร่เหล็กจากเขาอึมครึมใช้ประโยชน์ ในการทำผลิตภัณฑ์ของชุมชนในท้องถิ่น เช่น เครื่องประดับ รูปแกะสลัก ของที่ระลึก

แร่เหล็กที่มนุษย์พบเกิดขึ้นได้อย่างไร

แร่เหล็กที่พบมีอยู่ในบริเวณต่างๆ ของโลก สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ จากแหล่งแร่เหล็กที่กำเนิดแบบแมกมา และจากแหล่งแร่เหล็กที่มีกำเนิดแบบหินชั้น ดังนี้

1. แหล่งแร่เหล็กที่กำเนิดแบบแมกมา แหล่งแร่เหล็กที่กำเนิดแบบแมกมาเป็นแหล่งแร่มาจากใต้ผิวโลก โดยแมกมาเป็นแหล่งต้นกำเนิดของสารละลายไอเอิร์นออกไซด์ ที่มีทั้งแร่ฮีมาไทต์และแร่แมกนีไทต์ ซึ่งจะแยกตัว และแทรกเข้าไป ในหินชนิดต่างๆ ที่อยู่โดยรอบแมกมาเหล่านั้น

2. แหล่งแร่เหล็กที่กำเนิดแบบหินชั้น เกิดจากตะกอนที่มีส่วนประกอบของแร่เหล็กเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งได้ตกทับถมกัน ภายในบริเวณแอ่งสะสมตะกอนตามกระบวนการการกำเนิดของหินชั้น โดยตะกอนแร่เหล็กจะสะสมตัวเรียงกันเป็นชั้นๆ จนเกิดเป็นหินชั้นชนิดหนึ่ง แต่มีส่วนประกอบของธาตุเหล็ก เป็นส่วนใหญ่

มนุษย์รู้จักประยุกต์และนำเอาประโยชน์จากแร่เหล็กมาใช้อย่างจริงจังในช่วงของยุคโลหะในประวัติศาสตร์ โดยจากยุคหินที่เค้าหยิบหินหยาบมาขัดให้ละเอียด เพื่อให้เป็นอาวุธที่รุนแรง จากนั้นมนุษย์ก็ได้ก้าวเข้าสู่อารยะธรรมที่สำคัญอีกขั้นหนึ่งนั่นคือการเดินทางเข้าสู่ยุคของโลหะ ในยุคนี้มนุษย์จะเริ่มมีอาวุธ เครื่องมือ เครื่องใช้ที่ดีขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้สามารถกั้นเขตแดนของตัวเองอย่างเป็นหลักแหล่งและขยายออกไปได้มากขึ้นกว่าที่เคยเป็นมาเลยทีเดียว ความสำคัญของยุคนี้เป็นเรื่องของการเปลี่ยนแปลงวัตถุดิบในการสร้างเครื่องมือ เครื่องใช้และอาวุธของคนในยุคนั้น จากหิน เปลี่ยนมาเป็นเหล็ก ซึ่งแน่นอนว่ามนุษย์ในยุคนี้จะรู้จักการนำทรัพยากรเหล็กมาถลุงเป็นแร่เหล็ก และมีการนำไปผสมกับแร่ชนิดอื่นๆเพื่อให้ได้สีสันที่สวยงามและคงทนมากยิ่งขึ้น ยุคโลหะนี้จะแยกย่อยออกเป็นอีกสองยุคคือ ยุคสำริด และ ยุคเหล็ก ซึ่งอาวุธในยุคนี้เป็นอาวุธดั้งเดิมที่มนุษย์ใช้มาตั้งแต่ยุคหิน เช่น ดาบ มีด ค้อน หอก ธนู แต่อาวุธเหล่านี้จะถูกทำให้มีความแข็งแกร่งและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เช่น หอกแต่เดิมที่ปลายหอกจะเป็นหินขัดรูปสามเหลี่ยม ก็จะกลายเป็นเหล็กหรือสำริดแทน รวมถึงการออกแบบจะไม่เป็นสามเหลี่ยมอย่างเดียว อาจจะเป็นหัวลูกศรสี่แฉก ห้าแฉก ทั้งนี้เพื่อให้เป็นอาวุธที่ทิ่มแทงศัตรูได้เร็วและแรงมากขึ้น ดาบก็จะเป็นเหล็กทำให้มีความคมมากกว่าหิน อีกทั้งมีน้ำหนักเบาทำให้การกวัดแกว่งเพื่อต่อสู้ทำได้ดีกว่า พกพาสะดวก จึงไม่แปลกที่ยุคนี้จะทำให้เกิดกองทัพป้องกันตัวเอง สร้างรัฐ สร้างเมืองให้ขยายใหญ่ขึ้นมากกว่ายุคหินหลายเท่าตัว ส่วนหัวธนูที่ทำจากเหล็กก็จะทำให้มีน้ำหนักเบาลงและมีความเสถียรต่อการยิง ยิงแล้วเข้าเป้ามากกว่า ลูกศรไม่ส่ายหนีไปทางอื่น ไม่เพียงแค่อาวุธเท่านั้นที่ถูกพัฒนา เรื่องของเครื่องป้องกันเองก็ถูกพัฒนาไปด้วย เสื้อเกราะ โล่ ก็ถูกสร้างขึ้นให้ทันสมัยขึ้น แข็งแกร่งมากขึ้นกว่าเดิม เวลาออกรบสามารถใช้โล่เพื่อป้องกันการโจมตีของศัตรูได้ มีการขึ้นรูปตามผู้สวมใส่เพื่อป้องกันอันตรายเวลาออกรบหรือบางอารยะธรรมมีการสร้างหมวก หน้ากาก แบบพิเศษเพื่อป้องกันอันตรายจากลูกศรของฝ่ายศัตรูด้วยเหมือนกัน จึงนับว่ายุคนี้เป็นยุคที่ก้าวกระโดดที่สำคัญของมนุษย์เลยทีเดียว สำหรับยุคโลหะ เนื่องจากความรู้ในการสกัดและถลุงแร่ทำให้เกิดการผสมแร่เหล็กเข้ากับแร่ชนิดอื่นๆด้วย ซึ่งทำให้เกิดอาวุธที่ดีขึ้น หลากหลายขึ้นอย่างมากมาย

ในปัจจุบันเหล็กได้มีการนำมาใช้ในงานก่อสร้างเพื่อให้เป็นพื้นฐานของโครงสร้าง แร่เหล้กจึงเกิดการนำไปถลุงจนเกิดเป็นชิ้นงานเหล็กสำหรับการก่อสร้างในปัจจุบัน

กระบวนการผลิตเหล็กและเหล็กกล้า การผลิตเหล็กและเหล็กกล้าประกอบด้วยขั้นตอนดังนี้

1. การแต่งแร่และการถลุง
2. การหลอมและการปรุงส่วนผสม
3. การหล่อ
4. การแปรรูป เช่น การรีด การตีขึ้นรูป

ผลิตภัณฑ์เหล็ก ที่ผ่านทั้ง 4 ขั้นตอนแล้ว สามารถนำไปผ่านขบวนต่างๆ เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายตามประเภทของการใช้งานได้เลย เช่น วัสดุก่อสร้าง ท่อ คอนเทนเนอร์ ถังความดัน ชิ้นส่วนยานยนต์ ไฟฟ้าและเครื่องจักรกล เป็นต้น

1. การแต่งแร่และการถลุง เป็นการแต่งแร่ คือ การแปรสภาพสินแร่ให้ได้ขนาดและคุณสมบัติที่เหมาะสมต่อการถลุง เช่น การบดแร่ให้ละเอียดเพื่อแยกเหล็กจากมลทินแล้ว อาจแยกโดยอาศัยความถ่วงเฉพาะที่ต่างกัน หรือใช้การแยกด้วยแม่เหล็กซึ่งแร่ที่ได้จะละเอียดเกินไป จึงต้องทำให้เป็นก้อนก่อนป้อนเข้าเตาถลุงในขั้นตอนต่อไป

การถลุงเหล็ก คือ การแปรสภาพแร่เหล็กให้มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น (%เหล็กเพิ่มขึ้น) โดยการขจัดสิ่งเจือปนต่างๆ ออกจากแร่เหล็ก

2. การหลอมและการปรุงส่วนผสม การหลอมเหล็ก คือ การให้ความร้อนแก่ เหล็กถลุง เหล็กพรุน หรือเศษเหล็ก ทำให้เหล็กหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1600 องศาC) สำหรับการผลิตเหล็กกล้าในขั้นตอนการหลอมนี้ จะมีการปรับปรุงส่วนผสมทางเคมีของเหล็ก การเติมสารประกอบต่างๆ เพื่อลดปริมาณสารเจือปนและทำให้ผลิตภัณฑ์เหล็กมีคุณสมบัติตามที่ต้องการ ในขั้นตอนนี้สิ่งเจือปนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารประกอบออกไซด์ ซิลิเกตของธาตุต่างๆ จะแยกตัวจากน้ำโลหะ ซึ่งเราเรียกสิ่งเจือปนที่แยกออกมานี้ว่า Slag

3. การหล่อ การหล่อเหล็ก คือ การนำเหล็กหลอมเหลวที่ได้ปรุงแต่งส่วนผสมแล้วเทลงในแบบเพื่อให้เกิดการแข็งตัวตามรูปร่างที่ต้องการ ซึ่งการหล่อสามารถแบ่งได้แบ่ง 2 แบบ

– Ingot casting คือ การหล่อแบบที่น้ำเหล็กกล้าถูกเทลงสู่แบบหล่อที่ไม่เคลื่อนไหวเพื่อหล่อเป็นแท่งโลหะ
– การหล่อแบบต่อเนื่อง (Continuous casting) คือ การที่น้ำเหล็กหลอมเหลวได้ไหลผ่านแบบหล่ออย่างต่อเนื่องและแข็งตัวเป็น “ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จ” ซึ่งสามารถตัดและนำไปผ่านขบวนการแปรรูปต่อไป ซึ่งในปัจจุบัน การหล่อแบบต่อเนื่องเป็นที่นิยม เนื่องจากนำมาสู่การเพิ่มสัดส่วนผลผลิตที่ได้รับ การปรับปรุงคุณภาพ ซึ่งทำให้เพิ่มความสามารถในการผลิตและประสิทธิภาพของการลงทุน

4. การแปรรูป คือ การแปรรูปเหล็กกล้าที่ได้หลอมเพื่อให้ได้รูปร่างและขนาดที่ต้องการ นอกจากนี้ยังเป็นการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงของผลิตภัณฑ์เหล็กกล้าอีกด้วย การแปรรูปประกอบด้วยการแปรรูปร้อนและการแปรรูปเย็น สำหรับเหล็กแผ่น เมื่อผ่านการรีดร้อนแล้วสามารถนำไปใช้งานบางอย่างได้โดยตรง แต่สำหรับเหล็กแผ่นบางจะถูกลดขนาดด้วยการรีดเย็นต่อ เนื่องจากการรีดร้อนจะประหยัดกว่าการรีดเย็น ดังนั้นในการผลิตเหล็กแผ่นบางจึงต้องเริ่มจากการรีดร้อนให้ได้ขนาดค่าหนึ่งก่อน จากนั้นจึงทำการรีดเย็นได้ในขั้นตอนต่อไป

การรีดร้อนของเหล็กแผ่น

โดยทั่วไป การผลิตเหล็กแผ่นรีดร้อนในประเทศไทยจะเริ่มจากการหลอมเศษเหล็กด้วยเตาไฟฟ้าเพื่อผลิตน้ำเหล็กให้ได้ตามส่วนผสมทางเคมีที่ต้องการ จากนั้นน้ำเหล็กจะถูกทำให้แข็งตัวโดยผ่านขบวนการหล่อแบบต่อเนื่องเพื่อหล่อเป็นเหล็กแผ่นหนาและจะถูกตัดด้วยเครื่องตัดเพื่อให้ได้ขนาดที่เหมาะสมก่อนที่จะผ่านเตาอบเพื่อให้ความร้อน โดยอุณหภูมิที่ใช้อบอยู่ในช่วงประมาณ 1100-1250 องศาC จากนั้น Slab ที่ผ่านเตาออกมาจะผ่านการขจัดสนิมด้วยน้ำที่พ่นมาที่ผิวเหล็กด้วยแรงดันสูง และผ่านสู่การรีดลดขนาดที่อุณหภูมิสูง โดยอุณหภูมิขณะที่เหล็กผ่านแท่นการรีดสุดท้ายโดยทั่วไปจะสูงกว่า 870องศาC หลังจากผ่านแท่นรีดสุดท้าย แล้วเหล็กแผ่นจะถูกทำให้เย็นลงโดยการผ่านน้ำหล่อเย็นและเข้าสู่เครื่องม้วนซึ่งโดยทั่วไปอุณหภูมิที่ใช้ม้วนจะอยู่ในช่วงประมาณ 550-710 องศาC 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

การรีดเย็นของเหล็กแผ่น

การผลิตเหล็กแผ่นรีดเย็นจะใช้เหล็กแผ่นรีดร้อนชนิดม้วนเป็นวัตถุดิบในการผลิต โดยเริ่มจากการตัดส่วนปลายของม้วนเหล็กแผ่นรีดร้อน และทำการเชื่อมเพื่อให้สามารถผ่านกระบวนการกัดกรดอย่างต่อเนื่องได้ จากนั้น เหล็กแผ่นรีดร้อนจะถูกทำให้เคลื่อนตัวผ่านเครื่องกำจัดสนิมเหล็กทางกลเพื่อให้สนิมที่ผิวแตกและง่ายต่อการกัดกรด จากนั้นจะเคลื่อนตัวลงสู่อ่างกรดเพื่อทำการกัดสนิม เหล็กแผ่นที่ผ่านการกัดกรดขจัดสนิมแล้วจะมีสีขาวเทา ซึ่งจะผ่านเครื่องตัดขอบเพื่อให้ขอบเรียบและลดการฉีกขาดจากขอบของเหล็กเมื่อทำการรีดลดขนาดปริมาณมาก เหล็กที่ผ่านการกัดขอบแล้วจะถูกนำไปรีดเย็นต่อเพื่อลดขนาดความหนาลง โดยการรีดเย็นจะทำที่อุณหภูมิห้อง (แตกต่างจากเหล็กแผ่นรีดร้อนซึ่งโดยทั่วไปรีดที่อุณหภูมิสูงกว่า 870 องศาC ซึ่งเนื้อเหล็กขณะรีดร้อนยังมีสีเหลืองและสามารถเกิดสนิมขณะรีดได้) เหล็กแผ่นที่ผ่านการรีดเย็นมาจะมีผิวที่มันกว่าเหล็กแผ่นรีดร้อนซึ่งมีผิว ที่ด้าน อย่างไรก็ตาม เหล็กแผ่นที่ผ่านการรีดมายังมีความเครียดภายในเนื้อเหล็กเหลือค้าง ทำให้มีความแข็งสูง ความสามารถในการยืดตัวต่ำ ตลอดจนมีความไม่สม่ำเสมอของคุณสมบัติเชิงกลในทิศทางต่างๆ สูง จึงไม่เหมาะแก่การใช้งานในลักษณะที่ต้องการนำไปขึ้นรูป จึงต้องผ่านการอบเพื่อให้คลายความเครียดในเนื้อเหล็กลง เหล็กที่ผ่านการอบแล้วจะผ่านการรีดเย็นอีกเล็กน้อยโดยความหนาแทบไม่เปลี่ยน แปลง เพื่อปรับความเรียบของคุณภาพผิว ซึ่งช่วยให้เหล็กแผ่นแปรรูปได้อย่างสม่ำเสมอยิ่งขึ้น เหล็กแผ่นรีดเย็นสามารถนำไปใช้งานในลักษณะที่ต้องการคุณภาพผิวสูงกว่าและความหนาต่ำกว่าเหล็กแผ่นรีดร้อน เช่น

– นำไปทำเฟอร์นิเจอร์, เครื่องใช้ไฟฟ้า
– ใช้สำหรับงานด้านยานยนต์
– นำไปเคลือบดีบุกเพื่อทำเหล็กแผ่นสำหรับงานกระป๋องอาหาร เป็นต้น

จะเห็นว่าเหล็กนั้นมีความเป็นมาที่น่าสนใจและเราสามารถใช้ประโยชน์จากเหล็กได้มากทีเดียว ท่านลองคิดดูเล่นๆว่า ถ้าในปัจจุบันนี้ไม่มีเหล็กเลยเราคงใช้ชีวิตอยู่ได้อย่างลำบากพอควรเลยทีเดียวครับ เพราะสมัยนี้เราหันหน้าไปทางไหนเราก็เจอแต่เหล็กที่เป็นส่วนประกอบอยู่เกือบทั้งสิ้น ทั้งหมดนี้คงต้องยกให้แก่มันสมองของมนุษย์อย่างเราที่สามารถสร้างสรรค์สิ่งต่างๆได้อย่างมากมายไม่รู้จบ และยังสามารถพัฒนาไปได้ไกลกว่านี้สำหรับแร่เหล็กอย่างแน่นอน

>>อ่านเพิ่มเติมบ้านที่สร้างจากเหล็กที่เป็นโครงสร้างได้ที่นี่ คลิก

“เราเป็นมากกว่าบริษัทรับออกแบบก่อสร้างและรีโนเวทตกแต่ง เพราะนอกจากเสนองานออกแบบที่มีคุณภาพให้แก่ท่านแล้ว เรายังให้ความรู้ในการก่อสร้างเบื้องต้นให้แก่ท่านด้วยด้วย เพราะความรู้ที่ถูกต้องนั้น จะช่วยให้ท่านรู้จริง รู้ทัน อันจะทำให้ท่านได้รับแต่สิ่งที่ดีที่ถูกต้องนั่นเอง” บริษัทเรารับออกแบบก่อสร้าง รีโนเวท และตกแต่งภายในอาคารทุกประเภทด้วยสถาปนิกและมัณฑนากรมืออาชีพ รวมถึงทีมช่างคุณภาพประสบการณ์มากกว่า20ปี โดยท่านสามารถส่งความต้องการมาหาเราได้ตามช่องทางข้างล่างนี้

สนใจติดต่อ งานออกแบบตกแต่งภายในและรีโนเวทอาคาร

• • • • นัดดูหน้างานได้ที่ 095-864-6299
      • ส่งภาพหน้างานและพูดคุยได้ที่ Line
        
        
      • Email : thaimawee@hotmail.com
      • ติดตามเพิ่มเติมที่ www.facebook.com/weeinterior