เหล็กกล้าในฐานะวัสดุ
มนุษยชาติใช้ผลิตภัณฑ์เหล็กมาตั้งแต่ราว 1200 ปีก่อนคริสตกาล แม้ว่าเหล็กจะเป็นหนึ่งในธาตุที่พบมากที่สุดห้าชนิดในเปลือกโลกตามน้ำหนัก แต่การพบเหล็กในรูปโลหะตามธรรมชาตินั้นหายากและมักเกี่ยวข้องกับอุกกาบาต ดังนั้นเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กมนุษย์ได้พัฒนาวิธีการสกัดเหล็กจากแร่เหล็กออกไซด์ซึ่งเป็นแร่เหล็กที่พบมากที่สุด เนื่องจากเชื้อเพลิงธรรมชาติส่วนใหญ่มีคาร์บอนสูง ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมคาร์บอนสามารถรีดิวซ์แร่เหล็กออกไซด์ให้กลายเป็นเหล็กโลหะได้ คาร์บอนจึงมีบทบาทสำคัญในพัฒนาการของผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเหล็กและโลหะผสมเหล็ก, การมีอยู่ของคาร์บอนในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีเหล็กเป็นฐานน่าจะเป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้เกิดการสังเกตว่า ธาตุนี้มีผลสำคัญต่อสมบัติของโลหะผสมเหล็ก การสังเกตนี้ทำให้เกิดกลุ่มโลหะผสมที่มีเหล็กเป็นฐานหลัก ได้แก่ เหล็กกล้าและเหล็กหล่อ เหล็กและโลหะผสมเหล็กถูกผลิตมาเป็นเวลาหลายศตวรรษโดยวิธีการเชิงช่างฝีมือ ซึ่งประกอบด้วยกระบวนการมากมายในการรีดิวซ์แร่ (เช่น การเปลี่ยนจากสภาพออกไซด์) จากแร่ธรรมชาติที่มีอยู่เอง พร้อมกับงานทางกลบางส่วนและการควบคุมเงื่อนไขความร้อนและการทำให้เย็น, จุดเปลี่ยนที่สำคัญเกิดขึ้นเมื่อมีการสังเกตว่า การผสมธาตุอัลลอยปริมาณเล็กน้อยกับคาร์บอนสามารถลดจุดหลอมเหลวของโลหะผสมเหล็กได้อย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้ทำให้การผลิตเหล็กหลอมเหลวในระดับอุตสาหกรรมและการผลิตโลหะผสมที่มีเหล็กเป็นฐานในปริมาณมากเกิดขึ้นได้ในราวศตวรรษที่ 18 ดังนั้น ตั้งแต่ราว 40,000 ตัน/ปี ในปี ค.ศ. 1856 มนุษย์เข้าสู่ศตวรรษที่ 21 โดยผลิตได้เป็นประจำ 1,000 ล้านตัน/ปี ของเหล็กกล้า (ยกเว้นกรณีที่ระบุเป็นอย่างอื่น หนังสือเล่มนี้ใช้หน่วยในระบบสากล SI โดยเฉพาะการผลิตเหล็กกล้าที่กล่าวถึงในที่นี้ใช้หน่วยล้านตัน) วิวัฒนาการของการใช้เหล็กกล้าในฐานะวัสดุวิศวกรรมสัมพันธ์กับปัจจัยทางเทคนิคและเศรษฐกิจอย่างมาก โดยเฉพาะในหลายทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 ที่องค์ความรู้ที่สั่งสมเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง สมบัติ และสมรรถนะ รวมกับผลของการแปรรูปต่อสมบัติเหล่านี้ ได้ถึงระดับที่ทำให้สามารถพัฒนาล้อฮะผสมใหม่ ๆ และปรับปรุงโลหะผสมที่มีอยู่ได้อย่างเป็นระบบ
เอกสารอ้างอิง
ASM International. (2018). Metallography of common ferrous metals (Authorized translation of Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns, 4th ed., 2008 by Editora Blucher). ASM International. ISBN 978-1-62708-148-1.
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น