มารู้จักท่อเหล็กกันเถอะ ท่อเหล็กคืออะไร ? Tube and Pipe
” ก่อนอื่นจะต้องทำความเข้าใจกรรมวิธีการผลิตท่อเหล็ก ซึ่งในปัจจุได้แบ่งเป็น 2 กลุ่มหลักๆ
ซึ่งมีการผลิต 2 ลักษณะ คือ ท่อเชื่อมตะเข็บ และ ท่อไร้ตะเข็บ (Seamless pipe) “
ท่อเชื่อมตะเข็บ
1. ERW (electric Resistance Welding)
เป็นการเชื่อมโดยอาศัยแรงอัด (pressing) ในขณะที่ตะเข็บหลอมละลายด้วยความร้อนจากกระแสไฟฟ้า ซึ่งไม่ได้มีการอาร์ค (arc)
2. BW หรือ CBW (Butt Welding or Continuos Butt Welding)
เป็นการผลิตด้วยการป้อนแผ่นเหล็ก ผ่านเตาเพื่อทำการให้ความร้อน โดยแผ่นเหล็กจะได้รับ ความร้อนทั่วทั้งแผ่น จากนั้นค่อย ๆ ม้วนเหล็กแผ่นให้ เป็นรูปทรงกระบอกอย่างต่อเนื่อง โดยผ่านลูกรีดหลายแท่น (hot forming) แล้วจึงกดอัดให้ตะเข็บติดกัน ท่อที่ผลิตด้วยวิธีนี้จะมีตะเข็บตรง (Longitudinal welded seam)
3. EFW (Electric Fusion Welding)
เป็นการเชื่อมที่ใช้กระแสไฟฟ้าในการเชื่อมด้วยวิธีอาร์คบริเวณแนวเชื่อมให้หลอมละลายติดกันโดยการเชื่อมวิธีนี้อาจทำโดยการใช้ลวดเชื่อมไฟฟ้า (filler metal) หรือไม่ใช้ก็ได้ การเชื่อม Fusion Welded นี้มีด้วยกันหลายวิธี เช่น Submerge Arc Welding (SAW) ซึ่งมีทั้งแบบตะเข็บตรง (Longitudinal welded seam) และตะเข็บ Spiral (Spiral welded seam)
ท่อไร้ตะเข็บ
ท่อไร้ตะเข็บ (Seamless Pipe) ผลิตจาก แท่งเหล็ก (Steel billet) ให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1230๐ C (2250๐ F) จากนั้นแท่งเหล็กที่ร้อนแดงจะ ถูกหมุนและดึงด้วยลูกรีดผ่านแท่งทะลวง (piercing rod mandrel)
ความเป็นมาของมาตรฐานท่อ
ในยุคแรก ระบบที่ใช้กำหนดขนาดท่อเรียก Iron Pipe Size (IPS) โดยอิงกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ต่อมาได้กำหนดความหนาท่อเรียกว่า Standard (STD) หรือ Standard Weight (STD WT) และได้มีระบบใหม่เรียกขนาด ท่อว่า Nominal Pipe Size (NPS) แทนระบบเก่า แล้ว คำว่า Schedule (Sch) ถูกตั้งขึ้นเพื่อระบุความหนาท่อ ซึ่งเป็นที่มาของมาตรฐาน ASME B 36.10 ใน USA สมัย ต่อมามีองค์กรสากลเกิดขึ้นคือ International Standard Organization (ISO) ได้กำหนดท่อเป็นระบบ SI Unit และ เรียกขนาดท่อว่า Diameter Nominal (DN)
การวัดขนาดและมิติของท่อเหล็กกล้า ซึ่งครอบคลุมทั้งท่อเหล็กกล้าคาร์บอน
และท่อเหล็กกล้าผสม แต่จะไม่ครอบคลุมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม มาตรฐานที่ใช้มีดังนี้
ในการจัดแบ่งตามมาตรฐาน จะแบ่งออก เป็น มาตรฐานวัสดุ มาตรฐานท่อ และ ข้อกำหนดและ มาตรฐานตามการใช้งาน
1. มาตรฐานวัสดุ ระบบอเมริกา นิยมใช้กัน 2 มาตรฐาน คือ ระบบ AISI (America Iron and Steel Institute) และ ระบบ SAE (Society of Automotive)
2. มาตรฐานท่อ เช่น ANSI, ASTM, API, ISO, DIN และ JIS เป็นต้น
3. ข้อกำหนดและมาตรฐานตามการใช้งาน เช่น ASME B31, NFPA, และ AGA เป็นต้น
ปัจจัยที่มีผลต่อคุณสมบัติของท่อเหล็กหรือ เหล็กกล้า มีดังนี้
1. ธาตุต่างๆที่ผสมอยู่ในเนื้อเหล็ก โดยส่วนใหญ่ จะใช้ธาตุหลัก ๆ อยู่ 5 ธาตุในการพิจารณา ทั้งนี้อาจมี การเติมธาตุอื่นๆอีกเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ เช่น นิกเกิล โครเมียม เป็นต้น • Carbon (C) เป็นธาตุที่มีความสำคัญที่สุด มี ผลต่อความแข็งแรงและการอบชุบด้วยความร้อน หากมี ปริมาณมากเหล็กจะแข็งและแตกเปราะได้ง่าย • Silicon (S) ทำให้เหล็กแข็งแรงมากขึ้น เพิ่ม ค่าแรงดึงที่จุดคราก (Yield Point) ของเหล็กให้สูงขึ้นมาก หากมีปริมาณสูงจะทำให้คุณสมบัติด้านการเชื่อมของ เหล็กไม่ได้ • Manganese (Mn) จะช่วยเพิ่มความแข็งแรง เพิ่มความต้านทานให้กับเหล็ก แต่ถ้ามีมากจะทำให้ความ เหนียวลดลง • Phosphorous (P) ทำให้เหล็กเปราะและง่ายต่อ การเกิดรอยแตก การเจาะจงใส่ฟอสฟอรัสในเหล็กบาง ครั้ง (P ประมาณ 0.35% w/w) เพื่อต้องการเพิ่มความ แข็งแรง เพิ่มคุณสมบัติเชิงกล• Sulphur (S) ต้องควบคุมปริมาณให้ต่ำกว่า 0.05% w/w เพราะจะทำให้เหล็กเปราะได้
2. กระบวนการทางความร้อนที่ใช้เพื่อปรับปรุง สมบัติทางกลและโครงสร้างจุลภาคของโลหะ แบ่งออก เป็น 2 กลุ่มหลัก ๆ คือ
– กลุ่มที่ 1 เพิ่มความอ่อนตัว (Ductility) เพิ่มความสามารถในการขึ้นรูป กลึงไส ตัด เจาะ (Machinability) หรือคลายความเค้น-ความเครียด (Stress-strain relief) ได้แก่ การอบอ่อน (Annealing) การอบปกติ (Normalizing) การอบสลายคาร์ไบด์ให้เป็น เม็ดกลม (Spherodizing) และ การอบคลายความเค้นความเครียด (Stress-relief annealing)
– กลุ่มที่ 2 เพิ่มความแข็ง (Hardness) ความแข็ง แรง (Strength) ให้แก่โลหะ มุ่งเน้นให้ได้โครงสร้างจุลภาค เป็นมาร์เทนไซต์ (Martensite) เบนไนท์ (bainite) โดยใช้ กระบวนการชุบแข็ง-อบคืนตัวแบบปกติ (Conventional quenching and tempering) กระบวนการอบชุบความร้อนที่นิยมทำในภาค อุตสาหกรรม มีดังนี้
1) การอบอ่อน (Annealing) เพื่อให้เหล็กมีความ อ่อนตัวสูง ด้วยการให้ความร้อนจนโครงสร้างจุลภาคเป็น Austenite ทั้งหมด แล้วทิ้งไว้ให้เย็นในเตาที่ปิดฝาสนิท โครงสร้างจุลภาคเปลี่ยนจาก Austenite เป็น Ferrite และ Pearlite
2) การอบปกติ (Normalizing) ใช้วิธีเผาเหล็กให้ ร้อนจนมีอุณหภูมิสูงอยู่ในช่วง Austenite จากนั้นจะนำ เหล็กออกจากเตาปล่อยให้เย็นในอากาศนิ่ง ซึ่งจะเกิด เกรนขนาดเล็ก เม็ดเกรนของเหล็กจะมีขนาดเล็กกว่าแบบ Annealing เนื่องจากมีอัตราการเย็นตัวที่สูงกว่า เหล็กจะมี ความเหนียวและคุณสมบัติสม่ำเสมอ
3) การชุบแข็ง (Hardening) คือ การอบชุบความ ร้อนเพื่อต้องการให้เหล็กภายหลังจากการชุบมีความแข็ง เพิ่มขึ้น เพื่อทนต่อการเสียดสีในขณะใช้งาน การชุบแข็ง เป็นวิธีจะให้ได้โครงสร้างของเหล็กสุดท้ายเป็น Martensite หรือ Bainite ขึ้นอยู่กับความแข็งสุดท้ายที่ต้องการ
4) การอบคืนตัว (Tempering) คือ การให้ความ ร้อนและการทำให้เย็นตัวพอดีกัน เหล็กที่ผ่านการชุบแข็ง จะเกิดความเครียดภายในอันเนื่องมาจากอัตราการเย็น ตัวที่เร็วจากอุณหภูมิสูง คุณสมบัติของเหล็กจะมีความ แข็งสูง แต่จะขาดคุณสมบัติด้านความเหนียวไม่ทนต่อ แรงกระแทก ความเครียดภายในที่เกิดขึ้นจะมีส่วนทำให้ ชิ้นงานบิดงอ เหล็กที่ผ่านการชุบแข็งก่อนนำไปใช้งานควร จะต้องนำมาทำการอบคืนตัว
