Copyright © 2014 by Firexpipe Co.,Ltd.All rights reserved

177/1 BUI Building, 21/3 fl. Surawong rd. Suriyawong, Bangrak, Bangkok 10500

Tel.02 634 9981, Fax.02 634 7150

คืนไฟ! พัฒนาคุณสมบัติ เหล็กให้มากกว่าเหล็ก 

ผลของการผลิตท่อเหล็กกล้ามีตะเข็บที่ผ่านการคืนไฟเนื้อท่อทุกส่วนตลอดทั้งเส้น

      ในการผลิตท่อเหล็กกล้า โรงงานโดยส่วนใหญ่ สามารถผลิตท่อที่มีคุณสมบัติตามข้อกำหนดเชิงกลทั่วไปอย่างเช่น yield strength ความทนต่อแรงดึง (tensile strength)การยืดตัวออก (elongation)แต่สำหรับปัญหาท่อแตก รั่ว ที่เกิดขึ้นจากการใช้งานจริงของท่อเหล็กกล้ามักเกิดขึ้นจากปัจจัยทางโลหะวิทยา ทั้งนี้โดยทั่วไปโครงสร้างระดับจุลภาค(microstructure) ของเหล็กกล้า ณ อุณหภูมิห้อง จะประกอบด้วย เพอไลท์ (pearlite) และเฟอไรท์ (ferrite) ดูรูป 1.1

รูป 1.1 แสดงภาพ โครงสร้างระดับจุลภาคของเหล็กกล้า โดย เพอไลท์คือส่วนที่เป็นสีดำ และเฟอไรท์ คือส่วนที่เป็นสีขาว เฟอไรท์ จะมีความอ่อนนุ่ม(soft) ขณะที่เพอไลท์ จะแข็ง(hard) และมีความแข็งแรงสูง(high strength)

     ในการผลิตท่อเหล็กกล้าแบบมีตะเข็บ (ERW: Electric Resistance Welding)  บริเวณรอยเชื่อมตะเข็บจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว(quenched)จากสถานะของเหลวเป็นของแข็ง ซึ่งจะเกิดโครงสร้างจุลภาคชนิดหนึ่ง เรียกว่า มาร์เทนไซท์ (martensiteดูรูป 1.2)

ตลอดบริเวณรอยตะเข็บ มาร์เทนไซท์ มีคุณสมบัติแข็ง แต่เปราะ ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้ผลิตไม่ต้องการให้เกิดขึ้นในท่อเหล็ก

รูป 1.2 มาร์เทนไซท์ ก่อตัวขึ้นเมื่อเนื้อเหล็กถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว(quenched)คาร์บอน คือส่วนที่เป็นสีดำ เกิดโครงสร้างระดับจุลภาค เป็นรูปเข็ม ทำให้เหล็ก มีความแข็ง แต่เปราะ

     ในกระบวนการผลิตท่อเหล็กกล้ามีตะเข็บ ขณะที่ทำการเชื่อม จะเกิดมาร์เทนไซท์ ขึ้นที่บริเวณรอยตะเข็บ ทำให้บริเวณนี้เป็นจุดที่อ่อนแอที่สุด ทั้งนี้ในการใช้งานท่อโครงสร้าง หรือท่อส่งของเหลวแรงดันต่ำ  อาจไม่มีปัญหา แต่สำหรับในงานที่ต้องรองรับความดันสูง (severe pressure)  งานที่มีการขึ้นรูป(cold work) เช่น การกดร่องท่อ (rolled groove) หรือการเปลี่ยนรูปท่อ (deformation) อาจเกิดปัญหาที่รอยตะเข็บได้ ทางแก้ปัญหานี้ คือการคืนไฟ (annealing) โดยให้ความร้อนที่ท่อเหล็กมากกว่า 570 องศาเซลเซียส แล้วปล่อยให้เย็นตัวลงอย่างช้าๆ เพื่อปรับโครงสร้างระดับจุลภาคของเนื้อเหล็ก จากมาร์เทนไซท์ ไปสู่ เฟอไรท์/เพอไลท์ ซึ่งเป็นการปรับคุณสมบัติเชิงกล (mechanical properties) ของท่อเหล็กกล้าให้ดีขึ้น

 

 

     ในระบบดับเพลิง ท่อเหล็กกล้าตามมาตรฐาน ASTM A53 หรือ ASTM A795 ประเภทท่อ Schedule 40 ที่ใช้เป็นท่อส่งน้ำไปยังหัวสปริงเกอร์ ท่อจะมีความหนากว่า และมีค่าความปลอดภัย (safety factor) ที่มากพอ จนไม่เกิดปัญหาเรื่องมาร์เทนไซท์ แต่สำหรับท่อประเภท Schedule 10 ที่มีความหนาน้อยกว่า (ดูตารางเปรียบเทียบความหนาของท่อ)  จะต้องระวังปัญหา ฉีก แตก ที่รอยตะเข็บ เพราะมาร์เทนไซท์ ทั้งนี้เพื่อป้องกันปัญหานี้จึงจำเป็นต้องทำการคืนไฟ และเพื่อให้การผลิตได้มาตรฐานอยู่เสมอ ในกระบวนการผลิตจึงควรผ่านการรับรองจากสถาบันมาตรฐานสากล เช่น FM หรือ UL ที่กำหนดขั้นตอนการผลิตที่มีคุณภาพ และยังมีการควบคุม ทดสอบ และตรวจสอบ ตามข้อกำหนดเฉพาะทาง คือ FM 1630 หรือ UL 852 ซึ่งข้อกำหนดนี้จะมีความเข้มงวดมากกว่ามาตรฐานทั่วไปอย่าง ASTM A53 หรือ ASTM A795

ตารางเปรียบเทียบความหนาของท่อประเภท Schedule 40 และ Schedule 10 ตามมาตรฐาน ASTM A795

     โดยทั่วไป ท่อที่ผ่านการคืนไฟจะมีคุณภาพดีกว่าท่อที่ไม่ผ่านการคืนไฟ แต่การคืนไฟเฉพาะบริเวณตะเข็บเชื่อมของท่อเหล็ก ยังไม่จัดเป็นการแก้ปัญหาทางโลหะวิทยาทั้งหมด เพราะในการผลิตจริงเหล็กแผ่นที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตท่อเหล็กจะถูกรีดเพื่อให้เรียบ และเป็นการปรับความหนาเหล็ก โดยผ่านการรีดปรับเรียบ (leveling) ในบางกรณี ความหนาของแผ่นเหล็กอาจลดลงถึง 5% จากนั้นแผ่นเหล็กจะผ่านเข้าสู่ลูกรีดขึ้นรูปท่อ (roll-formed) และลูกรีดปรับขนาดท่อ (sizing rolls) กระบวนการเหล่านี้จะเกิดความเค้นภายในเนื้อเหล็ก (residual stress) บางครั้งจะจะทำให้เสียรูปของเกรนเหล็ก (grain ดูรูป 1.3)

รูป 1.3 (a) แสดงเกรน(grain) ปกติในเนื้อเหล็ก ขณะที่ (b) แสดงการเปลี่ยนรูปของเกรนเหล็กหลังจากโดนแรงกด

     การเสียรูปของเกรนเหล็ก ทำให้สูญเสียความยืดหยุ่นที่เนื้อเหล็ก และเกิดความเค้นภายในเนื้อเหล็ก ระดับความเค้นในเนื้อเหล็กที่ต่างกัน อาจส่งผลให้เกิดการแตกในรูปแบบต่างๆ เช่น การแตกเพราะความยืดหยุ่นตัว (Ductile Fracture)การแตกเพราะความเปราะ (Brittle Fracture) การแตกเพราะความล้า (Fatigue Failure) การแตกเพราะความเค้น (Stress Fracture) นอกจากนี้ยังทำให้เหล็กกล้าเป็นสนิมได้ง่ายขึ้นด้วย เพื่อเป็นการขจัดข้อบกพร่องทางโลหะวิทยาที่เกิดจากความเค้นภายในเนื้อเหล็กเหล่านี้อย่างเบ็ดเสร็จ จึงมีการคืนไฟคืนไฟในเนื้อท่อทุกส่วนตลอดทั้งเส้น แทนที่จะคืนไฟเฉพาะบริเวณตะเข็บเชื่อมเท่านั้น ซึ่งกระบวนการนี้มีความสำคัญต่อท่อ Schedule 10 มากกว่าท่อ Schedule 40 ทั้งนี้ การคืนไฟเนื้อท่อทุกส่วนตลอดทั้งเส้นจะมีค่าใช้จ่ายในการผลิตที่สูงขึ้น แต่ข้อดีคือ จะเป็นการขจัดความเค้นภายในเนื้อเหล็ก และขจัดข้อบกพร่องเหล่านี้อย่างเบ็ดเสร็จ ทำให้สามารถใช้ท่อเหล็กในทุกสถานการณ์ได้อย่างมั่นใจที่สุด

ข้อมูลอ้างอิง

     1.William F. Smith (1990); Principles of Material Science and Engineering, Mcgraw-Hill Book Co.

     2.William D. Callister,Jr. (1985); Materials Science and Engineering: An Introduction ,John Wiley and Sons,Inc. 

รูป 1.1 จาก Figure 8.15. page 172

รูป 1.2 จาก Figure 9.23. page208

รูป 1.3 จาก Figure 7.15. page 137