เฟอร์ไรต์ (Ferrite)

เฟอร์ไรต์ (Ferrite)

โครงสร้างเฟอร์ไรต์ (Ferrite) ในเหล็กกล้าและเหล็กกล้าผสมแบ่งออกเป็นหลายประเภท มีลักษณะและสมบัติที่แตกต่างกันตามองค์ประกอบทางเคมี อุณหภูมิและกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้อง เฟอร์ไรต์เป็นโครงสร้างผลึกที่มีรูปแบบ Body-Centered Cubic (BCC) แตกต่างจากออสเทนนิติกที่เป็น Face-Centered Cubic (FCC) เฟอร์ไรต์สพบได้ในเหล็กกล้าหลายประเภทและส่งผลต่อสมบัติทางกลที่สำคัญ เช่น ความแข็งแรง ความเหนียวและความสามารถในการเชื่อม

1. α-Ferrite
α-Ferrite เป็นเฟสที่มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิต่ำสุดในเหล็กบริสุทธิ์และมีโครงสร้างผลึกแบบ BCC โดยละลายคาร์บอนในปริมาณต่ำมาก (ไม่เกิน 0.02% ที่อุณหภูมิ 727°C) สมบัติเด่นของเฟสนี้คือความเหนียวและความสามารถในการแปรรูปที่ดี แต่มีความแข็งแรงต่ำเมื่อเทียบกับเฟสอื่น ๆ โครงสร้างของเฟอร์ไรต์ชนิดนี้พบได้ในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและเหล็กกล้าผสมที่ผ่านกระบวนการ annealing)

2. δ-Ferrite
δ-Ferrite เป็นเฟอร์ไรต์ที่เกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิสูงระหว่าง 1394-1538°C และมีโครงสร้างผลึกแบบ BCC คล้ายกับ α-Ferrite เฟสนี้มักปรากฏในกระบวนการหล่อโลหะและบางครั้งพบได้ในแนวเชื่อมที่มีองค์ประกอบของโครเมียมสูง เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมประเภทออสเทนนิติก-เฟอร์ริติก (Duplex Stainless Steel) δ-Ferrite มีความแข็งแรงสูงและช่วยลดความไวต่อการแตกร้าวร้อนในกระบวนการเชื่อมได้ หากมีปริมาณมากเกินไปอาจทำให้วัสดุเปราะที่อุณหภูมิต่ำได้

3. Banded Ferrite
โครงสร้างเฟอร์ไรต์ชนิดนี้เกิดจากกระบวนการรีดร้อนหรือการหล่อโลหะ ทำให้เฟอร์ไรต์จัดเรียงตัวเป็นแถบสลับกับเฟส Pearlite โครงสร้างแบนดิตเกิดจากการแยกตัวขององค์ประกอบทางเคมี เช่น แมงกานีส (Mn) และโครเมียม (Cr) ส่งผลต่อสมบัติของเหล็กกล้า เช่น การเสียรูปแบบพลาสติกและความแข็งแรงทางกล โครงสร้างแบนดิตสามารถส่งผลเสียต่อสมบัติทางกล เช่น ความเหนียวและความสามารถในการต้านทานการแตกร้าว

4. Grain Boundary Ferrite, GF
เฟอร์ไรต์ชนิดนี้เกิดขึ้นตามขอบเกรนของออสเทนไนต์ในกระบวนการแปรรูปเหล็กกล้า เช่น การเชื่อมและการอบชุบทางความร้อน โครงสร้างนี้ลดความแข็งแรงและความเหนียวของวัสดุได้หากเกิดขึ้นในปริมาณมาก เนื่องจากเป็นจุดอ่อนที่อาจเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าวในการใช้งานที่มีแรงกระทำสูง โครงสร้างนี้ลดได้โดยการควบคุมกระบวนการผลิต เช่น การใช้กระบวนการอบคืนตัวที่เหมาะสม

5. Acicular Ferrite, AF
Acicular Ferrite เป็นโครงสร้างเฟอร์ไรต์ที่มีลักษณะเป็นแผ่นบาง ๆ หรือเส้นใยที่จัดเรียงตัวในแนวสุ่มภายในเกรนของออสเทนไนต์เดิม โครงสร้างนี้เกิดขึ้นในกระบวนการเชื่อมโลหะและมีผลต่อการเพิ่มความเหนียวและลดความเปราะของแนวเชื่อม, Acicular Ferrite มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มความแข็งแรงและความสามารถในการทนต่อแรงกระแทกของเหล็กกล้า โดยเฉพาะในแนวเชื่อมที่

6. Polygonal Ferrite, PF
โครงสร้างเฟอร์ไรต์ชนิดนี้เป็นรูปแบบที่พบได้ทั่วไปในเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและเหล็กกล้าผสมต่ำ มีลักษณะเกรนขนาดใหญ่และมีรูปร่างค่อนข้างสม่ำเสมอ เฟอร์ไรต์ชนิดนี้มีความสามารถในการแปรรูปสูง แต่มีความแข็งแรงต่ำกว่ารูปแบบเฟอร์ไรต์อื่น ๆ เช่น Acicular Ferrite หรือ Widmanstätten Ferrite

7. Widmanstätten Ferrite, WF
Widmanstätten Ferrite เป็นโครงสร้างเฟอร์ไรต์ที่เกิดจากการตกผลึกของออสเทนไนต์ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดวิกฤติบน (Ac3) โดยมีลักษณะเป็นเส้นแผ่กระจายจากขอบเกรนของออสเทนไนต์เดิม เฟอร์ไรต์ชนิดนี้เกิดขึ้นในเหล็กกล้าที่เย็นตัวช้าหรือผ่านกระบวนการเชื่อมที่มีอัตราการเย็นตัวปานกลางถึงต่ำ อาจลดความเหนียวของโลหะได้หากเกิดขึ้นในปริมาณมาก

เอกสารอ้างอิง
1.Heidersbach, R. (2018). Metallurgy and Corrosion Control in Oil and Gas Production (2nd ed.). Wiley.
2.Lippold, J. C., & Kotecki, D. J. (2005). Welding Metallurgy and Weldability of Stainless Steels. John Wiley & Sons.
3.ASM International. (2016). ASM Handbook, Volume 13: Corrosion. ASM International.
4.Kou, S. (2021). Welding Metallurgy (3rd ed.). John Wiley & Sons.
5.Gaskell, D. R. (2017). Introduction to the Thermodynamics of Materials (6th ed.). CRC Press.
6.Bailey, N. (1993). Weldability of Ferritic Steels. Woodhead Publishing.
7.Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2020). Materials Science and Engineering: An Introduction (10th ed.). Wiley.
8.Bhadeshia, H. K. D. H. (2001). Steels: Microstructure and Properties (3rd ed.). Butterworth-Heinemann.