เหล็กกล้า (Steel) และอลูมิเนียม (Aluminium or Aluminum) เป็นสองประเภทโลหะ ที่มักนำมาใช้ในงานแปรรูปมากที่สุด ด้วยคุณสมบัติด้านความอเนกประสงค์ หรือมีประโยชน์หลากหลาย (Versatility) ความคงทน (Durability) และความทนทาน หรือความต้านทานต่อการกัดกร่อน (Corrosion Resistance) จากคุณสมบัติดังกล่าว โรงงานแปรรูปโลหะ (Metal Fabricators)
รวมถึงนักออกแบบ หรือเจ้าของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป นิยมนำมาแปรรูป และผลิตเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับสินค้า หรือผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง อุตสาหกรรมการผลิต อุตสาหกรรมอวกาศ อุตสาหกรรมรถยนต์ และวิศวกรรมต่างๆ ครอบคลุมไปจนถึงเครื่องใช้ภายในบ้าน และเครื่องมือในที่ทำงาน ทั้งเหล็กกล้า และอลูมิเนียมต่างมีคุณสมบัติในการนำไปใช้ และวิธีการแปรรูปที่ไม่เหมือนกัน การเลือกโลหะวัสดุ สำหรับแปรรูป หรือผลิตเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบให้กับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป จึงเป็นเรื่องสำคัญ และไม่ควรมองข้าม
ศิรินครโลหะกิจขอนำเสนอความรู้ เกี่ยวกับการเลือกโลหะวัสดุระหว่างเหล็กกล้า และอลูมิเนียม เพื่อนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสม และสอดคล้องกับการนำไปใช้งาน
เมื่อเข้าสู่กระบวนการออกแบบผลิตภัณฑ์ หรือสินค้า สิ่งที่นักออกแบบ หรือเจ้าของผลิตภัณฑ์จะคิด และคำนึงถึงอยู่เสมอคือ การเลือกโลหะวัสดุ ระหว่าง เหล็กกล้า (Steel) หรืออลูมิเนียม (Aluminium or Aluminum) ซึ่งวัสดุโลหะ ทั้งสองประเภท จะเป็นโลหะลำดับแรกๆ ในใจที่นักออกแบบ หรือเจ้าของผลิตภัณฑ์ ตัดสินใจนำมาแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ หรือสินค้าที่ต้องการ นอกจากนี้ โลหะทั้งสองประเภท ยังเป็นวัสดุโลหะที่นิยมนำมาแปรรูป ในอุตสาหกรรมการแปรรูปโลหะ (Metal Fabrication Industry) เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบมากที่สุดในโลก
โลหะทั้งสองประเภท เมื่อดูแบบผิวเผิน หรือมองจากรูปลักษณ์ภายนอกเพียงอย่างเดียว จะมีลักษณะคล้ายคลึงกันเป็นอย่างมาก กล่าว คือ ทั้งเหล็กกล้า และอลูมิเนียม มีความมันวาวคล้ายกับเงิน (Silver) อย่างไรก็ดี การเลือกโลหะประเภทใดประเภทหนึ่ง สำหรับแปรรูป นักออกแบบ หรือเจ้าของผลิตภัณฑ์ จำเป็นต้องเข้าใจก่อนว่า โลหะทั้งสองประเภท มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน จะใช้โลหะประเภทไหน ในการแปรรูปให้ได้ชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ต้องการ จะต้องทราบ ถึงคุณสมบัติพื้นฐานของโลหะ ทั้งสองประเภท รวมถึงปัจจัยที่ใช้เป็นเกณฑ์พิจารณาเลือกโลหะวัสดุ สำหรับแปรรูป โดยมีรายละเอียด ดังนี้
คุณสมบัติพื้นฐานของเหล็กกล้า
เหล็กกล้า (Steel) หรือเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) คือ เหล็กกล้าผสมที่มีความทน หรือทนต่อการกัดกร่อนสูง เหล็กกล้าจะผลิต ด้วยการเติมธาตุโครเมียม (Chromium) ลงในเหล็ก ที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอนอยู่ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ ตามธรรมชาติของเหล็กกล้า จะเป็นโลหะผสมระหว่างเหล็ก (Iron) และคาร์บอน (Carbon) ส่วนธาตุโครเมียมที่ผสมเข้าไป จะช่วยเพิ่มคุณสมบัติให้เหล็กกล้า มีความคงทนต่อการกัดกร่อน และเป็นคุณสมบัติที่ทำให้เหล็กกล้า หรือเหล็กกล้าไร้สนิมแตกต่างจากโลหะประเภทอื่นๆ ที่มีส่วนผสมของธาตุคาร์บอน
นอกจากนี้ ยังมีการเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล ของเหล็กกล้าไร้สนิม ด้วยการผสมธาตุสำคัญอื่นๆ เช่น นิกเกิล (Nickel) ซิลิคอน (Silicon) โมลิบดีนัม (Molybdenum) ไทเทเนียม (Titanium) ไนโอเบียม (Niobium) และแมงกานีส (Manganese) คุณภาพของเหล็กกล้าไร้สนิม มีหลายระดับขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของการผสมธาตุต่างๆ อย่างไรก็ดี การเลือกคุณภาพของเหล็กกล้าไร้สนิม จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของชิ้นส่วนประกอบ หรือส่วนประกอบที่ต้องการนำไปใช้ เช่น ต้องการเหล็กกล้าไร้สนิมแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ทนต่อการกัดกร่อนระดับสูง ทนต่ออุณหภูมิต่ำ หรือสูงมาก มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ หรือมีความสามารถในการเชื่อมต่อกับโลหะอื่นๆ เป็นต้น
คุณสมบัติพื้นฐานของอลูมิเนียม
อลูมิเนียม คือ โลหะที่เป็นธาตุทางเคมี และโลหะชนิดหนึ่ง (Chemical and Metallic Element) สามารถพบได้ในพืช สัตว์และหินต่างๆ องค์ประกอบหลักของอลูมิเนียม ได้แก่ แร่บอกไซต์ (Bauxite Ore) หรือแร่อลูมิเนียม เป็นแร่ที่เกิดจากการผสมผสานของหินตะกอน (Sedimentary Rock Mixture) ของเปลือกโลก อลูมิเนียมที่ถูกขุดมาจากแร่บอกไซต์ตามธรรมชาติ จะมีลักษณะนิ่ม (Soft) ยืดหยุ่น (Pliable) และไม่มีส่วนผสมของเหล็ก (Non-Ferrous)
ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว อลูมิเนียมจึงถูกจัดให้อยู่ในกลุ่มโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (Non-Ferrous Metal) ก่อนนำมาใช้งานในอุตสาหกรรม และการแปรรูป จึงต้องนำอลูมิเนียมไปเจือ หรือผสมกับธาตุอื่นๆ ก่อน เช่น ซิลิคอน (Silicon) สังกะสี (Zinc) แมกนีเซียม (Magnesium) ทองแดง (Copper) และ / หรือแมงกานีส (Manganese) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติ ให้ตรงกับความสามารถในการแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับผลิตภัณฑ์ เนื่องจากอลูมิเนียม เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางโลหะสูง หากโรงงานแปรรูป หรือนักออกแบบผลิตภัณฑ์ ที่ต้องการรูปทรงของชิ้นงาน ที่แสดงถึงความเป็นเอกลักษณ์ ที่ประกอบไปด้วยความซับซ้อน อลูมิเนียมนับว่าเป็นโลหะวัสดุ ที่เหมาะกับความต้องการดังกล่าว
ในส่วนนี้ จะกล่าวถึงปัจจัยที่นักออกแบบผลิตภัณฑ์ หรือผู้ผลิตสินค้า หรือผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป สามารถนำไปใช้เป็นเกณฑ์ ในการพิจารณาเลือกโลหะวัสดุ ระหว่างเหล็กกล้ากับอลูมิเนียม โดยมีปัจจัยสำหรับพิจารณา ดังต่อไปนี้
1. ปัจจัยด้านความแข็งแรง (Strength)
เหล็กกล้า รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม เป็นวัสดุที่มีความหนาแน่น มีน้ำหนัก และความแข็งแรงสูงกว่าอลูมิเนียม ส่วนอลูมิเนียม จะมีน้ำหนักเบากว่าเหล็กกล้าประมาณ 1 ใน 3 ของน้ำหนักเหล็กกล้า แต่มีค่าความแข็งแรงต่อน้ำหนักมากกว่าเหล็กกล้า (Strength-to-Weight Ratio) ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว ทำให้อลูมิเนียม เป็นโลหะ ที่เหมาะกับการแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับใช้ในอุตสาหกรรมรถยนต์ และอวกาศ เพราะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง (Fuel Efficiency) ไปพร้อมกับความสามารถในการรับน้ำหนัก (Load Capacity) ทั้งนี้ เหล็กกล้า และเหล็กกล้าไร้สนิม นิยมนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบเชิงโครงสร้าง (Structural Steel) รวมถึงงานออกแบบอาคาร ที่มีลักษณะทางสถาปัตยกรรม
2. ปัจจัยด้านการนำไฟฟ้า และความร้อน (Electrical and Thermal Conductivity)
เมื่อเปรียบเทียบอลูมิเนียมกับเหล็กกล้า ด้านการนำไฟฟ้า และความร้อน พบว่า อลูมิเนียม มีคุณสมบัติ เป็นตัวนำความร้อนของพลังงานไฟฟ้า และความร้อนได้ดีกว่าเหล็กกล้า หากชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ ต้องการคุณสมบัติ ด้านการนำไฟฟ้า และความร้อน เป็นองค์ประกอบสำคัญ ในการออกแบบ หรือผลิตสินค้า ให้เลือกอลูมิเนียม เป็นโลหะวัสดุ ในการแปรรูป เนื่องจากมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูง น้ำหนักเบา และทนต่อการกัดกร่อนสูง
ด้วยเหตุนี้ อลูมิเนียม มักถูกนำไปแปรรูปเป็นสายไฟ (Power Lines) เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อน (Thermal Conductor) ได้ดี จึงนิยมนำไปแปรรูปเป็นแผงระบายความร้อน (Heat Sink) สำหรับอุปกรณ์ ที่ต้องการระบบทำความเย็นแบบเร็ว (Rapid Cooling) เช่น หม้อน้ำ หลอดไฟ LED อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องปรับอากาศ เป็นต้น
3. ปัจจัยด้านคุณสมบัติเชิงความร้อน (Thermal Properties)
เหล็กกล้า หรือเหล็กกล้าไร้สนิม มีคุณสมบัติพิเศษ ที่สามารถนำไปใช้กับงาน ที่เกี่ยวข้องกับความร้อน (Heat Applications) ที่อุณหภูมิสูงถึง 400 องศาเซลเซียส ตรงข้ามกับอลูมิเนียม หากนำไปแปรรูป หรือใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาสเซลเซียส อลูมิเนียมจะเกิดการอ่อนตัวลง สำหรับปัจจัยด้านนี้ คุณสมบัติของอลูมิเนียมด้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม หากแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับผลิตภัณฑ์
จะเลือกเหล็กกล้า หรืออลูมิเนียม เป็นวัสดุโลหะ สำหรับแปรรูป หรือผลิตชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ ควรนำปัจจัยด้านคุณสมบัติเชิงความร้อน เข้ามาพิจารณาเช่นกัน
4. ปัจจัยด้านความสามารถในการเชื่อม (Weldability)
ในการแปรรูปโลหะให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ ที่ต้องอาศัยการเชื่อมต่อโลหะ (Welding) หรือยึดชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบอื่นๆ เข้าด้วยกัน เหล็กกล้าไร้สนิม จะมีคุณสมบัติในการเชื่อมต่อ หรือยึดกับโลหะอื่นๆ ได้ดีกว่าอลูมิเนียม เนื่องจากอลูมิเนียม มีคุณสมบัติด้านการนำความร้อนสูง และมีจุดหลอมเหลวต่ำ (Melting Point)
คุณสมบัติด้านความสามารถในการเชื่อมต่อ หรือยึดกับโลหะอื่น จึงน้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้น การแตกร้าวร้อน (Hot Cracking) จะเกิดขึ้นกับอลูมิเนียม เมื่อวัสดุอลูมิเนียมเริ่มเย็นลง ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิม จะมีคุณสมบัติด้านการทนต่อแรงดึงสูงกว่าอลูมิเนียม 2 – 3 เท่า ดังนั้น จึงสามารถนำไปแปรรูปเป็นตัวเชื่อม หรือที่ยึด (Welds) ชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันได้ดีกว่า
5. ปัจจัยด้านต้นทุน (Cost)
ปัจจัยที่มีผลต่อการเลือกใช้โลหะ วัสดุระหว่างเหล็กกล้า หรืออลูมิเนียม สำหรับแปรรูปชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ต้องการ คือ ราคาของโลหะทั้งสองประเภท (Cost) โดยทั่วไปเหล็กกล้า จะมีราคาถูกกว่าอลูมิเนียม เมื่อเปรียบเทียบราคา ระหว่างเหล็กกล้ากับอลูมิเนียม หากเป็นเหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel or Mild Steel) ราคาจะถูกกว่าอลูมิเนียม
อย่างไรก็ดี เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) มีราคาสูงกว่าอลูมิเนียม ทั้งนี้ ราคาของอลูมิเนียม และเหล็กกล้า จะผันแปรอยู่ตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านอุปสงค์ (Demand) และอุปทานของตลาด (Supply) ราคาน้ำมัน (Oil Prices) และการเข้าถึงแหล่งแร่เหล็ก และแร่บอกไซต์ หรือแร่อลูมิเนียม
อลูมิเนียม (Aluminum or Aluminium) เนื่องจากอลูมิเนียม มีคุณสมบัติเป็นโลหะอเนกประสงค์ หรือสามารถนำไปใช้งานได้อย่างหลากหลาย จึงสามารถนำไปแปรรูป ด้วยวิธีการตัด (Cutting) เป็นรูปทรงที่ต้องการได้อย่างมากมาย หรือนำไปแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปใดๆ ก็ได้ตามที่ต้องการ และมีกระบวนการแปรรูปอลูมิเนียมที่ไม่ซับซ้อน เช่น การเชื่อม (Welding) การปั๊ม (Stamping) การดัดงอ (Bending) การอัดรีด (Extruding) และการตัดเฉือน (Shearing) เป็นต้น
ข้อดีของอลูมิเนียม สามารถนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหาร (เช่น เครื่องดื่มชนิดต่างๆ ในรูปของกระป๋อง) มีคุณสมบัติไม่เผาไหม้ เมื่อเจอแสงแดด (Non-Combustive Properties) สำหรับข้อเสียของอลูมิเนียมในกระบวนการแปรรูป ได้แก่ คุณสมบัติเชิงความร้อน (Thermal Conductivity) เมื่อต้องนำอลูมิเนียมไปเชื่อมต่อกับโลหะอื่นๆ เนื่องจากอลูมิเนียม สามารถหลอมละลายไปกับโลหะที่นำไปเชื่อมต่อได้ หากช่างที่ทำการเชื่อมอลูมิเนียมกับโลหะ ขาดความชำนาญ และประสบการณ์ นอกจากนี้ ความเค้น (Stresses) ในกระบวนการผลิตบางกระบวนการ ส่งผลให้อลูมิเนียม มีความเปราะบาง และอาจแตกได้ในช่วงการผลิต
เหล็กกล้า (Steel) มีคุณสมบัติ ดังนี้ มีค่าความแข็งแรงดึงสูง (High Tensile Strength) มีคุณสมบัติเหมือนแม่เหล็ก (Magnetic) เป็นโลหะที่มีเหล็กผสม (Ferrous Alloys) และมีความแข็งแรง (Toughness) เนื่องจากเหล็กกล้าจะมีน้ำหนักถึง 2 ใน 3 ของอลูมิเนียม ดังนั้น ข้อจำกัดในกระบวนการแปรรูปเหล็กกล้า ได้แก่ วิธีหรือกระบวนการที่ใช้ในการแปรรูปเหล็กกล้าหรือเหล็กกล้าไร้สนิมจะมีความซับซ้อนและยากมากกว่าอลูมิเนียม เช่น กระบวนการเชื่อมแล่นประสานโลหะในสภาวะสุญญากาศหรือบัดกรีแข็ง (Brazing) บัดกรีอ่อน (Soldering) การชุบแข็งเหล็กกล้า (Hardening) การเชื่อมโลหะ (Welding) และการตัดเฉือนหรือสกัดเนื้อเหล็กกล้า (Shearing) เป็นต้น
ข้อดีของการนำเหล็กกล้าไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ต้องการ คือ มีความทนทานต่อความร้อนสูง ทนต่อการกัดร่อน เหมาะสำหรับนำไปแปรรูป สำหรับผลิตภัณฑ์สุขอนามัย (Hygiene Products) สำหรับนักออกแบบ ผู้ผลิต หรือบริษัทที่ให้ความสำคัญกับแนวคิดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (Green or Environmentally Friendly) ควรเลือกใช้เหล็กกล้า เป็นโลหะวัสดุสำหรับแปรรูปชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ต้องการ เพราะสามารถนำไปแปรสภาพให้กลับมาใช้งานได้อีก (Recyclability)
สรุป
การเลือกประเภทโลหะ สำหรับแปรรูปให้เป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป (Finished Products) นับว่าเป็นเรื่องที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง เพราะสามารถส่งผลต่อรูปลักษณ์ ความสวยงามของสินค้า หรือผลิตภัณฑ์ รวมไปถึงการใช้งาน การดูแลรักษา และต้นทุนที่ใช้ในการแปรรูป หรือผลิตชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบ สำหรับผลิตภัณฑ์ สำเร็จรูป เพื่อเพิ่มความมั่นใจว่า จะได้ผลิตภัณฑ์ หรือสินค้าที่มีคุณภาพ ควรปรึกษาโรงงานแปรรูปโลหะเรื่องการใช้วัสดุโลหะ สำหรับแปรรูปเป็นชิ้นส่วน หรือส่วนประกอบที่ต้องการก่อนเสมอ
บริษัท ศิรินครโลหะกิจ จำกัด เป็นผู้ผลิตชิ้นส่วน และส่วนประกอบอะไหล่รถทุกประเภท รวมถึงการผลิตชิ้นส่วน และส่วนประกอบตามความต้องการ (Made-to-Order) มากกว่า 30 ปี เชี่ยวชาญการผลิต และออกแบบชิ้นส่วน และส่วนประกอบด้วยงานปั๊ม งานพับ งานตัด งานกลึง และงานเชื่อม พร้อมเข้ารูป ด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์ และเครื่องจักรสมัยใหม่ พร้อมช่างระดับมืออาชีพ
