ทำความเข้าใจ “เหล็ก” ในระดับพื้นฐาน

เหล็ก (Steel) คือโลหะผสมที่มีธาตุ Iron (Fe) เป็นองค์ประกอบหลัก และมี Carbon (C) ในปริมาณ 0.02–2.14% (ถ้าเกิน 2.14% C จะเรียกว่า Cast Iron ไม่ใช่ Steel) นอกจาก Fe และ C ยังอาจเติมธาตุอื่นๆ เพื่อปรับสมบัติ เช่น Chromium (Cr), Nickel (Ni), Molybdenum (Mo), Vanadium (V) ฯลฯ การแบ่งประเภทเหล็กตาม AISI/ASTM และ ASM International แบ่งเป็น 3 กลุ่มหลัก ได้แก่ Carbon Steel, Alloy Steel และ Stainless Steel

กลุ่มที่ 1: Carbon Steel

นิยาม (ตาม ASTM A941)

Carbon Steel คือเหล็กที่มีปริมาณธาตุผสมไม่เกินขีดจำกัดต่อไปนี้: Mn ≤ 1.65%, Si ≤ 0.60%, Cu ≤ 0.60% และไม่มีการกำหนดปริมาณ Cr, Ni, Mo อย่างเป็นทางการ สมบัติของ Carbon Steel ขึ้นอยู่กับปริมาณ Carbon เป็นหลัก

กลุ่มย่อย	%C	ตัวอย่าง	ความแข็งทั่วไป	การใช้งาน
Low Carbon (Mild Steel)	0.06–0.30%	SS400, S10C, A36	~120–180 HB	โครงสร้าง, ท่อ, แผ่นเหล็ก
Medium Carbon	0.30–0.60%	S45C, 1045, S50C	~170–250 HB (อบอ่อน), HRC 58+ (Q&T)	เพลา, เฟือง, ชิ้นส่วนเครื่องจักร
High Carbon	0.60–1.40%	SK3, 1080, 1095	HRC 60–65 (หลัง Harden)	สปริง, ใบมีด, Steel Wire

กลุ่มที่ 2: Alloy Steel

นิยาม

Alloy Steel คือเหล็กที่มีการเติมธาตุผสมหนึ่งชนิดหรือมากกว่าเกินขีดจำกัดของ Carbon Steel ตาม ASTM A941 โดยจุดประสงค์คือปรับปรุงสมบัติด้านใดด้านหนึ่งโดยเฉพาะ เช่น Hardenability, Toughness, Corrosion Resistance, High-Temperature Strength ฯลฯ

ธาตุผสม	สมบัติที่ปรับปรุง	ตัวอย่างเกรด
Chromium (Cr)	Hardenability, Wear Resistance, Corrosion Resistance เล็กน้อย	SCr420, 5120
Nickel (Ni)	Toughness โดยเฉพาะอุณหภูมิต่ำ, Hardenability	SNC631, 3310
Molybdenum (Mo)	Hardenability, Hot Strength, ต้านการ Temper Embrittlement	SCM440, 4140
Vanadium (V)	ควบคุม Grain Size, Wear Resistance, Hot Hardness	H13, SKD61
Manganese (Mn)	Hardenability, Strength (ราคาถูก)	SMn433, 1330

เหล็กกลุ่ม Low-Alloy Steel ที่นิยมในไทย

เหล็ก Alloy Steel ที่พบมากที่สุดในโรงงานไทยคือ SCM440 (AISI 4140) ซึ่งเป็น Cr-Mo Steel Prehardened ที่มีความแข็งปานกลาง (~280–320 HB) มักซื้อในสภาพ Prehardened เพื่อนำไปตัดเป็นชิ้นโดยไม่ต้องอบชุบเพิ่ม ใช้ทำเพลา, สกรูรับแรง, Fixture ฯลฯ

กลุ่มที่ 3: Stainless Steel

นิยาม

Stainless Steel คือเหล็กที่มี Chromium ≥ 10.5% (บางมาตรฐานระบุ ≥ 11%) ซึ่งทำให้เกิดชั้นออกไซด์บางใสที่ผิว เรียกว่า Passive Film (ส่วนใหญ่เป็น Cr₂O₃) ที่ป้องกันการเกิดสนิมได้อย่างต่อเนื่องและ Self-Healing ตามนิยาม ASTM A941 และ EN 10088

ประเภท	โครงสร้าง	ตัวอย่าง	สมบัติเด่น
Austenitic	FCC	SUS304, SUS316	ไม่เป็นแม่เหล็ก, เหนียวมาก, Work Harden เร็ว
Ferritic	BCC	SUS430, SUS409	แม่เหล็ก, ราคาถูก (ไม่มี Ni), Work Harden ปานกลาง
Martensitic	BCT (หลัง Harden)	SUS410, SUS440C	แข็งได้ด้วยการอบชุบ, ตัวอย่าง: มีดผ่าตัด
Duplex	FCC + BCC	2205, 2507	แข็งแรงมาก, ทน Stress Corrosion Cracking
Precipitation Hardening	Mixed	17-4 PH, SUS630	แข็งแรงสูงมาก, ทนสนิมดี

ตารางเปรียบเทียบสมบัติและการตัด

สมบัติ	Carbon Steel (SS400)	Alloy Steel (SCM440)	Stainless (SUS304)
Tensile Strength	400–510 MPa	950–1,050 MPa	520–680 MPa
Hardness ทั่วไป	~130–180 HB	~280–320 HB	~150–180 HB (Work Harden ได้ถึง 400+ HB)
Thermal Conductivity	~50 W/m·K	~35–42 W/m·K	~16 W/m·K
Work Hardening Rate	ต่ำ	ปานกลาง	สูงมาก
ความต้านทานสนิม	ต่ำ	ต่ำ–ปานกลาง	สูงมาก
ความยากในการตัด	ง่าย	ปานกลาง–ยาก	ยากมาก
ความเร็วตัดแนะนำ	60–100 m/min	30–60 m/min	20–40 m/min
ใบเลื่อยแนะนำ	Carbon Steel / Bi-Metal	Bi-Metal M42	Bi-Metal M42 เท่านั้น
ราคาต้นทุน (เทียบ)	1×	3–5×	4–6×

แนวทางการเลือกเหล็กที่เหมาะสม

วิศวกรควรพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้ในการเลือกเกรดเหล็ก:

1. แรงที่ชิ้นงานต้องรับ — โหลดสถิตหรือไดนามิก, ทิศทางแรง
2. สภาพแวดล้อม — ความชื้น, สารเคมี, อุณหภูมิ
3. ความต้องการด้านพื้นผิว — ต้องทนการสึกหรอ หรือต้องทำความสะอาดง่าย
4. กระบวนการผลิต — ต้องเชื่อม, ตัด, อบชุบ หรือไม่
5. ต้นทุนรวม — ราคาวัสดุ + ค่าแปรรูป + อายุการใช้งาน