เหล็กกล้าผสมรีดร้อนเป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่มีความสำคัญยิ่งต่อการผลิตสมัยใหม่และอุตสาหกรรมหนัก โดยการเติมธาตุผสม เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม แมงกานีส และนิกเกิล ลงในเหล็กคาร์บอนระหว่างกระบวนการรีดร้อน จะทำให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า เช่น ความแข็งแรงดึงสูงขึ้น ความสามารถในการชุบแข็งดีขึ้น และความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมยิ่งขึ้น คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เหล็กกล้าผสมรีดร้อนมีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการสมรรถนะสูง ซึ่งเหล็กคาร์บอนทั่วไปจะไม่สามารถทนต่อแรงเครียด อุณหภูมิสุดขั้ว หรือสภาวะการรับโหลดแบบเป็นจังหวะได้

การเข้าใจระบบการระบุชนิดของเหล็กกล้าผสมและความหมายของแต่ละรหัส

ระบบการกำหนดชื่อเกรดเหล็กกล้าผสมใช้มาตรฐานที่เป็นสากล ซึ่งสื่อสารองค์ประกอบทางเคมีและวัตถุประสงค์ในการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง มาตรฐาน GB ของจีนจัดหมวดหมู่เกรดต่าง ๆ เช่น 40Cr, 42CrMo, 35CrMo, 20Mn2 และ Q345B โดยแต่ละเกรดถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการด้านสมรรถนะที่แตกต่างกัน ตัวเลขนำหน้าใน 40Cr และ 35CrMo แสดงปริมาณคาร์บอนโดยประมาณเป็นร้อยละของเปอร์เซ็นต์ (เช่น 0.40% และ 0.35% ตามลำดับ) ในขณะที่สัญลักษณ์ทางเคมีระบุธาตุโลหะผสมหลักที่ใช้ Q345B อยู่ภายใต้ระบบการตั้งชื่อแบบหนึ่งที่ต่างออกไป โดยตัวอักษร Q หมายถึงความต้านแรงดึงที่เริ่มเกิดการไหล (qu fu dian), ตัวเลข 345 แสดงค่าความต้านแรงดึงที่เริ่มเกิดการไหลขั้นต่ำที่ 345 เมกะพาสคาล และตัวอักษร B แทนระดับคุณภาพซึ่งกำหนดให้มีการทดสอบการกระแทกที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส การเข้าใจระบบการกำหนดชื่อเหล่านี้ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อสามารถเลือกวัสดุให้สอดคล้องกับความต้องการของการใช้งานได้อย่างแม่นยำ

เฟืองและชิ้นส่วนระบบส่งกำลัง: บทบาทของ 40Cr และ 20Mn2

การผลิตเฟืองถือเป็นหนึ่งในกลุ่มการใช้งานที่ใหญ่ที่สุดสำหรับเหล็กกล้าโลหะผสมรีดร้อน เกรด 40Cr ซึ่งเป็นเหล็กกล้าโลหะผสมคาร์บอนปานกลางที่มีโครเมียม เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเฟืองตรง เฟืองเกลียว เฟืองเวิร์ม และเพลาส่งกำลังในเครื่องจักรอุตสาหกรรม หลังจากการทำให้แข็ง (quenching) และการอบคืนความเหนียว (tempering) เหล็กเกรด 40Cr จะมีความแข็งอยู่ที่ HRC 28–35 พร้อมทั้งมีความเหนียวของเนื้อวัสดุภายในที่ดี ทำให้สามารถรองรับทั้งแรงกระทำแบบความล้าจากการสัมผัสพื้นผิว (surface contact fatigue) และแรงกระทำแบบความล้าจากการดัดบริเวณรากฟันเฟือง (root bending fatigue) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปริมาณโครเมียมที่อยู่ในช่วงร้อยละ 0.80–1.10 ช่วยส่งเสริมการเกิดคาร์ไบด์และเพิ่มความสามารถในการทำให้แข็งอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นงาน จึงทำให้คุณสมบัติเชิงกลมีความสม่ำเสมอทั่วทั้งหน้าตัดของชิ้นส่วนขนาดใหญ่ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งของพื้นผิวสูงเป็นพิเศษควบคู่ไปกับความเหนียวของเนื้อวัสดุภายใน ผู้ผลิตมักจะนำเฟืองจากเหล็กเกรด 40Cr ไปผ่านกระบวนการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ (induction hardening) หรือการเติมคาร์บอน (carburizing) เพิ่มเติม เกรด 20Mn2 ซึ่งเป็นเหล็กกล้าโลหะผสมแมงกานีสคาร์บอนต่ำ เป็นทางเลือกอีกทางหนึ่งสำหรับเฟืองที่ต้องการชั้นแข็งลึก (deep case hardening) ผ่านกระบวนการเติมคาร์บอน เมื่อผ่านกระบวนการเติมคาร์บอน การทำให้แข็ง และการอบคืนความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำแล้ว เหล็กเกรด 20Mn2 จะมีความแข็งของพื้นผิวอยู่ที่ HRC 58–62 ขณะเดียวกันยังคงความเหนียวและดัชนีการยืดตัวของเนื้อวัสดุภายในไว้ได้ดี จึงเหมาะสำหรับใช้ในกล่องเกียร์แบบหนักพิเศษในรถบรรทุกเหมืองแร่และเครื่องจักรก่อสร้าง

เพลา แกนข้อเหวี่ยง และเครื่องจักรกลหมุน: 42CrMo และ 35CrMo

การผลิตเพลาและเพลาข้อเหวี่ยงต้องใช้วัสดุที่มีความต้านทานแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม ความแข็งแกร่งในการบิดตัว และความต้านทานต่อการโก่งตัวภายใต้แรงโหลดสูง ซึ่งเหล็กกล้าผสมแบบรีดร้อนเกรด 42CrMo และ 35CrMo ทั้งสองชนิดเป็นเหล็กกล้าโครเมียม-โมลิบดีนัม จึงถูกเลือกใช้เป็นวัสดุหลักสำหรับชิ้นส่วนหมุนที่สำคัญเหล่านี้ ซึ่งเหล็กกล้าเกรด 42CrMo (เทียบเท่ากับ AISI 4140) มีองค์ประกอบคาร์บอนประมาณร้อยละ 0.38–0.45 โครเมียมร้อยละ 0.90–1.20 และโมลิบดีนัมร้อยละ 0.15–0.25 การเติมโมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความสามารถในการทำให้แข็งตัวได้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ รวมทั้งเสริมความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง และลดความไวต่อการเปราะตัวจากการอบอ่อน หลังจากผ่านกระบวนการชุบแข็งที่อุณหภูมิ 850°C โดยใช้น้ำมันเป็นตัวทำให้เย็นลง และตามด้วยการอบอ่อนที่อุณหภูมิระหว่าง 550–650°C แล้ว เหล็กกล้าเกรด 42CrMo จะมีโครงสร้างจุลภาคแบบมาร์เทนไซต์ที่ผ่านการอบอ่อน ซึ่งมีความต้านแรงดึงอยู่ที่ 900–1100 เมกะพาสคาล และการยืดตัวได้ร้อยละ 12–15 จึงให้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างความแข็งแรงและความเหนียว สำหรับเพลาข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์ดีเซลความเร็วปานกลางและคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ ส่วนเหล็กกล้าเกรด 35CrMo (เทียบเท่ากับ AISI 4135) ซึ่งมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่าเล็กน้อย จึงมีความสามารถในการเชื่อมได้ดีกว่าและมีความเหนียวมากกว่า จึงเหมาะสำหรับการผลิตเพลาปั๊มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ เพลาเทอร์ไบน์ และเพลาขับเคลื่อนเรือ ซึ่งต้องการประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะการใช้งานที่มีทั้งแรงดัดและแรงบิดร่วมกันเป็นเวลานาน

ถังรับแรงดันและอุปกรณ์สำหรับการแปรรูปทางเคมี: Q345B

Q345B เป็นเหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูงชนิดโลหะผสมต่ำ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตถังรับแรงดัน ถังเก็บของ และอุปกรณ์การแปรรูปทางเคมี ด้วยค่าความต้านแรงดึงขั้นต่ำที่ 345 เมกะพาสคาล Q345B มีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กโครงสร้างคาร์บอนเกรด Q235 ประมาณร้อยละ 47 ทำให้วิศวกรสามารถลดความหนาของผนังและน้ำหนักรวมโดยยังคงรักษาความมั่นคงเชิงโครงสร้างไว้ได้ การเติมแมงกานีส (ร้อยละ 1.00–1.60) และธาตุโลหะผสมในปริมาณน้อย เช่น ไนโอเบียม วาเนเดียม และไทเทเนียม จะช่วยปรับโครงสร้างเม็ดเกรนให้ละเอียดขึ้นผ่านกระบวนการกลิ้งควบคุม ซึ่งส่งผลให้ทั้งความแข็งแรงและความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำดีขึ้น สำหรับการใช้งานในถังรับแรงดันตามมาตรฐาน GB 150 หรือ ASME Section VIII แผ่นเหล็ก Q345B ที่มีความหนาตั้งแต่ 6 มม. ถึง 120 มม. จะถูกขึ้นรูปและเชื่อมประกอบเป็นเปลือกทรงกระบอก ฝาครอบทรงครึ่งกลม และแผ่นเสริมความแข็งแรง คุณสมบัติการเชื่อมที่ดีของวัสดุชนิดนี้ ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิเริ่มต้นก่อนเชื่อมที่ 100–150°ซ. สำหรับแผ่นที่มีความหนามากกว่า ทำให้กระบวนการผลิตมีความน่าเชื่อถือสูง แอปพลิเคชันทั่วไป ได้แก่ ถังเก็บก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ภาชนะปฏิกิริยาในโรงงานปิโตรเคมี และถังหม้อน้ำในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน โดยใช้งานที่อุณหภูมิในการดำเนินงานต่ำกว่า 350°ซ.

อุปกรณ์สำหรับการขุด: ความต้านทานต่อการสึกหรอและความแข็งแรงของโครงสร้าง

อุตสาหกรรมการเหมืองแร่ใช้อุปกรณ์ภายใต้สภาวะที่รุนแรงอย่างยิ่ง ซึ่งรวมถึงการสึกหรอแบบขัดถู การรับแรงกระแทก และสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน ส่วนประกอบเหล็กกล้าผสมที่ผ่านกระบวนการรีดร้อนเป็นโครงสร้างหลักของเครื่องบด เครื่องบดละเอียด ระบบลำเลียง และเครื่องจักรขุดเจาะ วัสดุเกรด 40Cr และ 42CrMo มักถูกกำหนดให้ใช้ในเพลาเครื่องบด เพลาเอียงในเครื่องบดแบบกราม และเพลาหลักของเครื่องบดแบบหมุนเวียน (gyratory crusher) เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงร่วมกับความต้านทานต่อการเหนื่อยล้าได้ดี จึงช่วยป้องกันการเสียหายก่อนวัยอันควร วัสดุเกรด Q345B ใช้เป็นโครงสร้างหลักสำหรับโครงสร้างลำเลียง แผ่นแยกขนาด (screening decks) และตัวถังเก็บวัสดุ (hopper bodies) โดยให้ความแข็งแรงเพียงพอในราคาที่คุ้มค่า สำหรับแผ่นป้องกันการสึกหรอและแผ่นบุภายในรางนำวัสดุ (chutes) และจุดถ่ายโอนวัสดุ (transfer points) จะใช้เหล็กกล้าผสมที่มีความแข็งสูงกว่า เช่น เกรด 42CrMo ที่ผ่านกระบวนการอบชุบและอบคืนตัว (quenched and tempered) ซึ่งมีค่าความแข็งอยู่ที่ HRC 40–45 ผู้ผลิตอุปกรณ์การทำเหมืองแร่เริ่มระบุให้ใช้เหล็กกล้าผสมที่ผ่านกระบวนการรีดร้อนมากขึ้น เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลที่สม่ำเสมอทั่วทั้งหน้าตัดช่วยให้รูปแบบการสึกหรอมีความสม่ำเสมอและคาดการณ์อายุการใช้งานของชิ้นส่วนได้อย่างแม่นยำ ซึ่งจะลดเวลาหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ในปฏิบัติการเหมืองแร่ที่ตั้งอยู่ห่างไกล ซึ่งการเข้าถึงเพื่อการบำรุงรักษานั้นมีข้อจำกัด

ชิ้นส่วนยานยนต์: การสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน

อุตสาหกรรมยานยนต์ใช้เหล็กกล้าผสมรีดร้อนปริมาณมากสำหรับชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนและโครงแชสซี แท่งเชื่อม (connecting rods) ในเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในมักผลิตขึ้นโดยการตีขึ้นรูปจากวัสดุเหล็กกล้าผสมเกรด 40Cr หรือ 42CrMo ที่อยู่ในรูปแท่ง โดยคุณสมบัติของวัสดุชนิดนี้มีค่าความต้านทานแรงกระทำซ้ำ (fatigue limit) สูงถึงประมาณ 450–500 เมกะพาสคาล (หลังผ่านกระบวนการอบชุบและอบคืนตัว) ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้สามารถทนต่อวงจรความเค้นนับล้านครั้งตลอดอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ ชิ้นส่วนหัวแร็คเตอร์ (steering knuckles) และฮับล้อ (wheel hubs) ใช้เหล็กกล้าผสมเกรด 40Cr เนื่องจากมีสมดุลที่ดีระหว่างความสามารถในการกลึงและคุณสมบัติเชิงกล เพลาขับ (axle shafts) สำหรับยานพาหนะเชิงพาณิชย์ต้องการวัสดุที่มีความต้านทานแรงบิดที่จุดไหล (torsional yield strength) สูง โดยเกรดวัสดุอย่าง 42CrMo สามารถให้ความต้านแรงดึง (tensile strength) สูงกว่า 1,000 เมกะพาสคาล หลังผ่านกระบวนการอบความร้อนที่เหมาะสม เหล็กกล้าเกรด Q345B ถูกนำมาใช้ในโครงเฟรมรถบรรทุกและชิ้นส่วนขวาง (cross-members) เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง ซึ่งส่งผลให้เพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกได้มากขึ้น กระบวนการรีดร้อนเองก็มีส่วนสำคัญต่อคุณภาพของวัสดุสำหรับยานยนต์ โดยช่วยทำลายโครงสร้างผลึกแบบกิ่งไม้ (dendritic structure) ที่เกิดจากการหล่อ ปิดรูพรุนภายใน และปรับขนาดเม็ดผลึกให้เล็กลงผ่านการควบคุมการรีดและการระบายความร้อนอย่างแม่นยำ — ปัจจัยทั้งหมดนี้ล้วนมีผลโดยตรงต่อสมรรถนะการทนต่อแรงกระทำซ้ำและความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนยานยนต์ที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย

พิจารณาเรื่องการให้ความร้อนและการทำให้เย็นสำหรับเหล็กกล้าผสมที่ผ่านกระบวนการรีดแบบร้อน

การเพิ่มประสิทธิภาพของเหล็กกล้าโลหะผสมที่ผ่านกระบวนการรีดร้อนให้สูงสุด จำเป็นต้องใส่ใจอย่างรอบคอบต่อกระบวนการอบความร้อนที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับแต่ละเกรดและแต่ละการใช้งาน ลำดับการอบความร้อนที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเหล็กกล้าโลหะผสมคาร์บอนระดับปานกลางเริ่มต้นด้วยการอบแบบนอร์มัลไลซ์ (normalizing) ที่อุณหภูมิ 840–880°C เพื่อปรับโครงสร้างเม็ดผลึกให้ละเอียดหลังจากการรีดร้อน ตามด้วยการออสเทนไนซ์ (austenitizing) ที่อุณหภูมิ 820–860°C จากนั้นจึงทำกระบวนการดับความร้อน (quenching) ด้วยน้ำมันหรือสารละลายพอลิเมอร์เพื่อให้เกิดโครงสร้างมาร์เทนไซต์ (martensite) และสุดท้ายคือการอบอ่อน (tempering) ที่อุณหภูมิ 500–680°C ขึ้นอยู่กับค่าความแข็งและความเหนียวที่ต้องการ สำหรับวัสดุเกรด 42CrMo การอบอ่อนที่อุณหภูมิ 540–680°C จะได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่ผ่านการอบอ่อนแล้ว ซึ่งเรียกว่าโครงสร้างไมโครสตรัคเจอร์แบบโซร์บิติก (sorbidic microstructure) ซึ่งให้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างความแข็งแรงและความเหนียว โดยมีค่าความต้านแรงดึงอยู่ในช่วง 750–1000 MPa การอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงกว่า 650°C จำเป็นต้องตามด้วยการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วผ่านช่วงอุณหภูมิ 375–575°C เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์การเปราะตัวขณะอบอ่อน (temper embrittlement) ซึ่งเกิดจากธาตุเจือปน เช่น ฟอสฟอรัส แอนติโมนี และดีบุก ที่แยกตัวสะสมบริเวณขอบเม็ดผลึกออสเทนไนต์เดิม ผู้ผลิตควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้จัดจำหน่ายจัดหาวัสดุที่ควบคุมระดับธาตุตกค้างอย่างเข้มงวด โดยทั่วไปแล้ว ฟอสฟอรัสต้องต่ำกว่า 0.025% และกำมะถันต้องต่ำกว่า 0.020% เพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดการเปราะตัว วิธีการเพิ่มความแข็งผิว ได้แก่ การทำให้ผิวแข็งด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (induction hardening) สำหรับเพลาและเฟืองเกรด 40Cr การนิไตรไดซ์ (nitriding) สำหรับชิ้นส่วนเกรด 42CrMo ที่ต้องการความแข็งผิวสูงสุดพร้อมการบิดเบี้ยวต่ำที่สุด และการคาร์บูไรซ์ (carburizing) สำหรับชิ้นส่วนเกรด 20Mn2 ซึ่งช่วยขยายขอบเขตการใช้งานของเหล็กกล้าโลหะผสมที่ผ่านกระบวนการรีดร้อนไปยังแอปพลิเคชันที่ต้องการผิวที่แข็งและทนต่อการสึกหรอ พร้อมทั้งมีแกนกลางที่มีความเหนียว

การตรวจสอบคุณภาพและพิจารณาแหล่งที่มา

ผู้ซื้อภาคอุตสาหกรรมที่จัดหาเหล็กกล้าผสมรีดร้อน ควรจัดทำโปรโตคอลการตรวจสอบคุณภาพอย่างชัดเจนให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล โดยใบรับรองการทดสอบจากโรงหลอม (Mill Test Certificates: MTCs) ที่เป็นไปตามมาตรฐาน EN 10204 ประเภท 3.1 ต้องแนบมาพร้อมกับทุกการจัดส่ง เพื่อระบุองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติเชิงกล ได้แก่ ความต้านแรงดึงที่เริ่มไหล (Yield Strength), ความต้านแรงดึงสูงสุด (Tensile Strength), การยืดตัว (Elongation) และค่าการกระแทก (Impact Values) ที่อุณหภูมิที่กำหนด ทั้งนี้ ควรมีการตรวจสอบโดยหน่วยงานอิสระภายนอก เช่น SGS, Bureau Veritas หรือ TUV ระหว่างกระบวนการผลิตและก่อนการจัดส่ง เพื่อยืนยันว่าสินค้าสอดคล้องกับมาตรฐาน GB/T 3077, ASTM A29 หรือมาตรฐานที่เทียบเท่า ผู้ซื้อควรขอให้มีการทดสอบการกัดผิวด้วยสารเคมี (Macro-etch Testing) เพื่อยืนยันว่าไม่มีการแยกชั้นบริเวณแกนกลาง (Centerline Segregation) ความพรุน (Porosity) และรอยแตกภายใน (Internal Cracks) โดยเฉพาะสำหรับเหล็กแท่งขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่ใช้ในการขึ้นรูปชิ้นส่วนด้วยวิธีการตีขึ้นรูป (Forging) นอกจากนี้ การทดสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิกตามมาตรฐาน GB/T 4162 หรือ ASTM A388 สามารถตรวจจับข้อบกพร่องภายใน (Internal Discontinuities) ของเพลา (Shafts) และแผ่นเหล็กหนาได้ สำหรับชิ้นส่วนที่หมุนได้ซึ่งมีความสำคัญยิ่ง จำเป็นต้องมีการทดสอบเพิ่มเติม เช่น การตรวจสอบด้วยแม่เหล็กฝุ่น (Magnetic Particle Inspection) บนพื้นผิวชิ้นงานสำเร็จรูป และการวัดค่าความแข็งแบบข้ามหน้าตัด (Hardness Traverse Testing) ทั่วความหนาของชิ้นส่วน เพื่อให้มั่นใจว่าการอบร้อนและรักษาอุณหภูมิ (Heat Treatment) มีความสม่ำเสมอ ทั้งนี้ การระบุข้อกำหนดด้านคุณภาพดังกล่าวไว้ในเอกสารข้อกำหนดการสั่งซื้อ และยืนยันความสามารถของผู้จัดจำหน่ายผ่านระบบควบคุมกระบวนการที่มีเอกสารรับรองอย่างเป็นทางการ จะช่วยลดความเสี่ยงในการได้รับวัสดุที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของชิ้นส่วนขณะใช้งานจริง

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: ความแตกต่างระหว่างเหล็กกล้าโลหะผสมโครเมียมเกรด 40Cr กับ 42CrMo คืออะไร และควรเลือกใช้แต่ละชนิดเมื่อใด

คำตอบ: เหล็กกล้าโลหะผสมโครเมียมเกรด 40Cr มีปริมาณคาร์บอนประมาณ 0.40% และโครเมียม 0.80–1.10% เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแข็งแรงระดับปานกลาง เช่น เฟืองทั่วไป เพลา และชิ้นส่วนโครงสร้าง ความสามารถในการทำให้เกิดความแข็ง (hardenability) ของวัสดุชนิดนี้อยู่ในระดับปานกลาง จึงเหมาะกับชิ้นส่วนที่มีความหนาของหน้าตัดไม่เกินประมาณ 50 มม. ส่วนเหล็กกล้าโลหะผสมโครเมียม-โมลิบดีนัมเกรด 42CrMo มีโมลิบดีนัมเพิ่มเติมในช่วง 0.15–0.25% ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการทำให้เกิดความแข็งได้อย่างมาก ทำให้สามารถทำให้ชิ้นส่วนที่มีหน้าตัดหนาได้ถึง 75–100 มม. มีความแข็งสม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นส่วน นอกจากนี้ โมลิบดีนัมยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการไหลแบบครีป (creep resistance) ได้ดีกว่า ดังนั้น ให้เลือกใช้ 40Cr สำหรับชิ้นส่วนทั่วไปที่ต้นทุนเป็นปัจจัยสำคัญและมีขนาดหน้าตัดไม่ใหญ่นัก ส่วน 42CrMo ควรเลือกใช้สำหรับงานที่ต้องรับภาระหนัก โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่ ทำงานที่อุณหภูมิสูง (สูงสุดถึง 500°C) หรือต้องการสมรรถนะการต้านทานการสึกหรอจากแรงซ้ำๆ ที่มีความเข้มข้นสูง

คำถาม: สามารถใช้เหล็ก Q345B สำหรับภาชนะรับแรงดันได้หรือไม่ และมาตรฐานใดที่เกี่ยวข้อง

ก: เหล็กแผ่นเกรด Q345B ได้รับการรับรองให้ใช้ในการผลิตถังความดันตามมาตรฐาน GB 150 และ GB/T 713 ของจีน และตามบทบัญญัติที่เทียบเท่าใน ASME Section VIII เมื่อมีการรับรองสองมาตรฐาน (dual-certified) หรือเมื่อมีการตรวจสอบคุณสมบัติวัสดุเฉพาะเจาะจง สำหรับการใช้งานในถังความดัน เหล็กแผ่นเกรด Q345B ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดเพิ่มเติม ได้แก่ การทดสอบด้วยคลื่นอัลตราซาวด์ตามมาตรฐาน GB/T 2970 การทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิที่ระบุไว้ตามเงื่อนไขการออกแบบ และข้อจำกัดด้านองค์ประกอบทางเคมี โดยมีปริมาณกำมะถันและฟอสฟอรัสต่ำกว่าเกรดเหล็กโครงสร้างทั่วไป อุณหภูมิในการออกแบบโดยทั่วไปอยู่ในช่วง -20°C ถึง 350°C สำหรับการใช้งานที่เกินช่วงอุณหภูมิดังกล่าว ผู้ซื้อควรพิจารณาใช้เหล็กแผ่นเกรด Q345R (ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับถังความดัน) หรือเหล็กเกรด Cr-Mo เช่น 15CrMoR สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

ข: การรีดร้อนส่งผลต่อคุณสมบัติของเหล็กกล้าผสมอย่างไร เมื่อเปรียบเทียบกับการรีดเย็น

ก: การรีดแบบร้อนจะดำเนินการที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเกิดผลึกใหม่ของเหล็ก (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 900-1200°C) ซึ่งหมายความว่าวัสดุจะเกิดการจัดเรียงผลึกใหม่ระหว่างการเปลี่ยนรูป จึงป้องกันไม่ให้เกิดการแข็งตัวจากการแปรรูป และทำให้สามารถลดขนาดหน้าตัดได้มาก โลหะผสมเหล็กที่ผ่านการรีดแบบร้อนจะมีสมบัติเชิงกลแบบสม่ำเสมอในทุกทิศทาง มีแรงดันตกค้างต่ำกว่า และสามารถขึ้นรูปได้ดีกว่าวัสดุที่ผ่านการรีดแบบเย็น กระบวนการรีดแบบร้อนยังช่วยกำจัดโครงสร้างผลึกแบบกิ่งไม้ (dendritic structure) ที่เกิดจากการหล่อขึ้นรูปแบบแท่งหรือแบบต่อเนื่อง ทำให้วัสดุมีความสม่ำเสมอมากขึ้นและสมบัติเชิงกลมีความคงที่มากยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม พื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการรีดแบบร้อนจะมีคราบสเกลจากเตาหลอม (mill scale) และมีพื้นผิวหยาบกว่าผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการรีดแบบเย็น รวมทั้งมีความคลาดเคลื่อนของมิติที่กว้างกว่า ส่วนการรีดแบบเย็นซึ่งดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเกิดผลึกใหม่ จะให้ค่าความคลาดเคลื่อนของมิติที่แคบกว่า พื้นผิวที่เรียบเนียนกว่า และความแข็งแรงสูงขึ้นจากการแข็งตัวจากการแปรรูป แต่แลกกับความเหนียวที่ลดลงและมีความหนาให้เลือกใช้งานได้จำกัด สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ในงานโครงสร้างและเครื่องจักรหนักที่ใช้โลหะผสมเหล็ก วัสดุที่ผ่านการรีดแบบร้อนจึงให้สมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างสมบัติของวัสดุ ความพร้อมใช้งานของความหนา และประสิทธิภาพด้านต้นทุน