S355J2 คือเหล็กโครงสร้างคาร์บอนแมงกานีสกำลังดึงสูง (High Tensile Strength) ที่มีคุณสมบัติเด่นคือความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม, มีความเหนียวที่ดีในอุณหภูมิต่ำ และมักส่งมอบในสภาพอบอ่อนหรือทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน (normalized) มีความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำที่ 330 MPa และความต้านทานแรงกระแทก Charpy ที่ 27 J (ที่ -20°C). เหมาะสำหรับงานวิศวกรรมเครื่องกล, โครงสร้างสะพาน, อุปกรณ์ขุดเจาะ, และกังหันลม.
คุณสมบัติทางกลหลัก
ความต้านทานแรงดึง (Tensile Strength): สูงสุดประมาณ 470-630 MPa, ขั้นต่ำ 330 MPa.
Yield Strength: ขั้นต่ำ 330 MPa.
การยืดตัว (Elongation): 20%.
ความแข็งแรงต่อแรงกระแทก (Impact Strength): 27 J (ที่ -20°C).
ความแข็ง (Hardness): 150 HB (Brinell).
คุณสมบัติเด่น
ความสามารถในการเชื่อม (Weldability): ดีเยี่ยม เนื่องจากมีคาร์บอนอิเควิเลนท์ต่ำ.
ความต้านทานแรงกระแทก (Toughness): ดีมาก โดยเฉพาะในอุณหภูมิเย็น (sub-zero).
การชุบสังกะสี (Galvanizing): สามารถส่งมอบด้วยปริมาณซิลิคอนที่ควบคุมได้ เพื่อคุณสมบัติการเคลือบสังกะสีที่ดี.
การใช้งานทั่วไป
โครงสร้างอาคาร, สะพาน.
เครื่องจักรกล และอุปกรณ์ในเหมืองแร่.
ท่อขนาดใหญ่ และโครงสร้างนอกชายฝั่ง (Offshore.
การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้า S355JR, S355J2 และ S355NL
แม้ว่า S355JR, S355J2 และ S355NL จะมีค่าความแข็งแรงคราค (yield strength) ≥355 MPa เท่ากัน แต่ความแตกต่างของความเหนียว (toughness) ของเหล็กกล้าทั้งสามชนิดนี้เป็นตัวกำหนดความปลอดภัยในการใช้งานและระดับต้นทุน
S355J2G4 เป็นชื่อรุ่นเก่าในยุโรป (EN 10025:1990) สำหรับเหล็ก S355J2 รุ่นใหม่ มีคุณสมบัติเทียบเท่าเช่น German St52-3 (1.0577), US ASTM A572 Grade 50 (หรือ A656), JISSM490YA และจีน Q345D ซึ่งทั้งหมดมีคุณสมบัติในการใช้งานโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูงและอุณหภูมิต่ำ ค่าเทียบเท่ากุญแจ: ยุโรปปัจจุบัน (EN 10025-2): S3555J2 (1.0577) เยอรมัน (DIN/WNR): St52-3, ASt52, 1.0577 อเมริกัน (ASTM): A572 เกรด 50, A656 ญี่ปุ่น (JIS): SM490YA จีน (GB/T):Q45 (45 เกรด ASTM): A575 เกรดต่ำกว่า 355 เกรดเฉลี่ย 22460 เกรด (หรือต่ำกว่าเกรดเฉลี่ย) J2: แสดงถึงความเหมาะสมสำหรับการทดสอบผลกระทบอุณหภูมิต่ำ (Charpy V-notch ที่ - 20*C) G4: ส่วนต่อท้าย "G4" เป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน EN 10025:1990 ที่เก่ากว่า ซึ่งส่วนใหญ่แทนที่ด้วยสัญลักษณ์ J2/K2 ที่ชัดเจนกว่าในการแก้ไขปี 2004 ซึ่งแสดงถึงลักษณะวัสดุเดียวกันสำหรับ S355J2 เมื่อจัดหาให้ระบุ S355J2 (1.0577) เสมอ และยืนยันมาตรฐานที่แน่นอน (EN 10025-2) สำหรับเทียบเท่าสมัยใหม่ หรือตรวจสอบแผ่นข้อมูลซัพพลายเออร์เพื่อหาคุณสมบัติทางกลที่แม่นยำ
S355JRผ่านการทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิ +20°C เท่านั้นและเหมาะสำหรับโครงสร้างมาตรฐานที่อุณหภูมิห้อง
เหล็กกล้าไร้ สนิมS355J2มีความทนทานที่อุณหภูมิ-20°Cและเหมาะสำหรับงานก่อสร้างสะพานและโครงการในพื้นที่หนาวเย็น
เหล็กกล้าไร้สนิม S355NLมีความทนทานต่อแรงกระแทก 27 จูล ที่อุณหภูมิ–50°Cหลังจากผ่านกระบวนการทำให้เป็นปกติหรือการรีดทำให้เป็นปกติทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งและอุปกรณ์ที่ใช้ในอุณหภูมิต่ำมาก
เนื่องจากโครงการต่างๆ ดำเนินงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ความทนทานต่อแรงกระแทกจึงมักเป็นคุณสมบัติแรกที่วิศวกรพิจารณาเมื่อเปรียบเทียบตัวเลือกต่างๆ เช่น S355JR กับ S355J2 หรือ S355J2 กับ S355NL
ความแตกต่างด้านองค์ประกอบทางเคมีระหว่าง S355JR, S355J2 และ S355NL
ปริมาณคาร์บอนของ S355JR, S355J2 และ S355NL มีความคล้ายคลึงกันโดยทั่วไปอยู่ที่ ≤0.20–0.24% แต่:
มาตรฐาน S355J2และS355NLกำหนดขีดจำกัดฟอสฟอรัส (P) และกำมะถัน (S) ที่เข้มงวดกว่าเดิม
S355NLใช้กรรมวิธีการผลิตแบบเกรนละเอียดและการปรับสภาพเพื่อให้ได้ความเหนียวสูงที่อุณหภูมิ -50°C
การควบคุมสิ่งเจือปนช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการแตกหักโดยตรง
จำหน่าย,ขาย,ขายเหล็ก ST52-3 S355J2 A516G70S355J2,355j2, A516 Grade70 ขายเหล็กบอยเลอร์ SA516-G70
ขายเหล็ก,ขายเหล็กทนสึก ABREX400 ABRAX400 ABREX450 ABREX500 4130 6587 SUM23 SUM24
ขายเหล็ก,จำหน่ายเหล็ก 5920 2379 2344 6582 5919 2510 2738 3343 2311 4125 3505 8550 SKD11 SKD61 SKH51 SK4 SK5 SKS3 SNC15 SKT4 SUJ2 SUP10 4340 4140 O1 D2 L6 M2 H13 P20 V155 V320 K460 K340 K110
ขายเหล็ก,จำหน่ายเหล็ก K100 K105 K107 W500 5600 W302 M202 M310 M300 M461 M268 N695 R100 M238 705M 709M DF-2 DH2F XW42 XW41
ขายเหล็ก,จำหน่ายเหล็ก ASP23 PM23 8407 718 STAVAX SGT SLD YXM4 DAC HPM23 GOA YXR3 DC53 DC11 GFA DHA1
วิธีเลือกใช้ S355JR, S355J2 และ S355NL ให้เหมาะสมกับโปรเจ็กต์ของคุณ
การเลือกใช้ระหว่างS355JR, S355J2 และ S355NLขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศ อุณหภูมิใช้งาน และข้อกำหนดของโครงการ :
S355JR → สภาพอากาศมาตรฐาน ประหยัดค่าใช้จ่าย เหมาะ
สำหรับภูมิภาคอบอุ่น/เมดิเตอร์เรเนียน หรืออาคารภายในอาคาร
S355J2 → เหมาะสำหรับพื้นที่หนาวเย็น สะพาน มีความทนทานสูงกว่า
ปลอดภัยที่อุณหภูมิ -20°C ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสะพานในสหภาพยุโรป
S355NL → เหมาะสำหรับงานนอกชายฝั่ง พลังงานลม และสภาวะอุณหภูมิต่ำมาก
การส่งมอบแบบมาตรฐานช่วยให้มั่นใจได้ถึงความทนทานที่เชื่อถือได้ที่อุณหภูมิ –50°C
คำถามที่พบบ่อย: S355JR / S355J2 / S355NL (สำหรับผู้ซื้อและวิศวกร)
1. S355JR กับ S355J2: ต่างกันอย่างไร?
เหล็กกล้าไร้สนิม S355J2 รับประกันความทนทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิ –20°C ในขณะที่ S355JR ผ่านการทดสอบที่อุณหภูมิ +20°C ดังนั้น S355J2 จึงเหมาะสมกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นหรือโครงสร้างที่ต้องเผชิญกับสภาพอากาศในฤดูหนาว ในด้านความแข็งแรงเชิงกลและองค์ประกอบทางเคมี เหล็กกล้าไร้สนิมทั้งสองเกรดมีความคล้ายคลึงกันเป็นอย่างมาก
- มาตรฐาน S355JR เทียบเท่ากับมาตรฐาน ASTM ใด?
มาตรฐาน ASTM ที่เทียบเท่ากับ S355JR ที่พบได้บ่อยที่สุดคือASTM A572 เกรด 50 ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในงานโครงสร้างทั่วไป
- มาตรฐาน S355J2 เทียบเท่ากับมาตรฐาน ASTM ใด?
S355NL มักถูกนำไปเปรียบเทียบกับ ASTM A516 เกรด 70 หรือ A572 เกรด 50 สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ แม้ว่า ลักษณะเนื้อละเอียดและสภาพที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นปกติจะทำให้มีความแตกต่างออกไปก็ตาม
- วัสดุใดเทียบเท่ากับ S355NL?
โดยทั่วไปแล้ว S355NL มักถูกนำไปเปรียบเทียบกับASTM A516 Grade 70หรือA572 Grade 50สำหรับการใช้งานแผ่นเหล็กที่อุณหภูมิต่ำ แม้ว่า ลักษณะเนื้อเหล็กละเอียดและสภาพที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นปกติจะทำให้มันแตกต่างออกไปก็ตาม
- สามารถใช้ S355JR แทน S355J2 ได้หรือไม่?
S355JR สามารถใช้แทน S355J2 ได้เฉพาะในโครงการที่ไม่ต้องการความทนทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น สำหรับโครงสร้างกลางแจ้งในสภาพอากาศหนาวเย็นหรือชิ้นส่วนที่สัมผัสกับอุณหภูมิในฤดูหนาว S355J2 ยังคงเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยกว่า
- S355JR กับ S355NL: ต่างกันอย่างไร?
เหล็กกล้าไร้สนิม S355NL มีความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีเยี่ยม (-50°C) และอยู่ในสภาพที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว ทำให้เหมาะสำหรับงานนอกชายฝั่ง อุปกรณ์รับแรงดัน และโครงสร้างที่มีการเชื่อมจำนวนมาก ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิม S355JR เหมาะสำหรับงานโครงสร้างทั่วไปที่ไม่มีข้อกำหนดเรื่องความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำ
- S355J2 ดีกว่า S355JR หรือไม่?
ไม่มีเกรดใดดีกว่ากันอย่างเด็ดขาด เกรด S355J2 เหมาะสำหรับสภาพอากาศหนาวเย็นมากกว่า เนื่องจากมีความทนทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิ -20°C ในขณะที่ S355JR เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับงานก่อสร้างทั่วไปในสภาพแวดล้อมปานกลาง
- S355J2 เทียบกับ S355NL: ฉันควรเลือกอันไหนดี?
S355J2 เหมาะสำหรับโครงสร้างหนักทั่วไปที่ต้องการความทนทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิ -20°C ในขณะที่ S355NL เป็นที่นิยมมากกว่าสำหรับอุปกรณ์นอกชายฝั่ง พลังงานลม หรืออุปกรณ์แรงดันอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากมีความทนทานที่อุณหภูมิ -50°C และผ่านกระบวนการทำให้เป็นมาตรฐานแล้ว
- S355JR เทียบเท่ากับ A572 เกรด 50 หรือไม่?
ใช่แล้ว สำหรับการใช้งานโครงสร้างหลายประเภท เหล็ก S355JR ถือว่า เทียบเท่ากับเหล็ก ASTM A572 เกรด 50 เนื่องจากมีความแข็งแรงและส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกัน
- S355J2+N หมายถึงอะไร?
S355J2+N หมายถึงเหล็กกล้า S355J2 ที่ผ่าน กระบวนการปรับสภาพ ปกติ (Normalized Condition) ซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียวและความสามารถในการเชื่อมสำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่
- ขีดจำกัดองค์ประกอบทางเคมีของ S355JR คืออะไร?
โดยทั่วไปแล้ว S355JR จะมีปริมาณคาร์บอน (C) ไม่เกิน 0.24%, แมงกานีส (Mn) ไม่เกิน 1.60%, ซิลิคอน (Si) ไม่เกิน 0.55% และมีฟอสฟอรัส (P) และกำมะถัน (S) ในปริมาณต่ำ ขีดจำกัดที่แน่นอนขึ้นอยู่กับรูปแบบและความหนาของผลิตภัณฑ์
เหล็กกล้าเครื่องมือ (Tool Steels) ในชีวิตประจำวันเราคงเคยใช้เครื่องมือเหล็ก เช่น ค้อน ตะไบ สิ่ว ใบเลี่อย เหล็กกล้าที่ใช้ทำเครื่องมือเหล่านี้มีคุณสมบัติบางอย่างที่ต่างจากเหล็กกล้าที่เราใช้ในงานก่อสร้างทั่วไป เช่น การทนต่อการเสียดสีที่เหนือกว่า การทนต่อแรงกระแทกที่เหนือกว่า การทนต่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า เป็นต้น บางคนอาจตั้งคำถามว่า เหล็กกล้าดังกล่าวมีกรรมวิธีผลิต หรือการเลือกใช้งานแตกต่างจากเหล็กกล้าทั่วไปอย่างไร
ความหมายของเหล็กกล้าเครื่องมือ
เหล็กกล้าเครื่องมือ คือ เหล็กกล้าที่ใช้สำหรับทำเครื่องมือขึ้นรูปโลหะเป็นส่วนใหญ่ เช่น แบบหล่อโลหะในขบวนการอัดฉีดโลหะร้อน (Die casting) แม่พิมพ์สำหรับตีขึ้นรูป หรือตัดวัสดุต่างๆ ซึ่งรวมถึงเหล็ก โลหะนอกกลุ่มเหล็ก และพลาสติก
เหล็กกล้าเครื่องมือจัดเป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนและธาตุผสมอื่นๆ ในปริมาณสูง เพื่อให้มีความสามารถในการชุบแข็งสูง และเพื่อสร้างคาร์ไบด์ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอ
คุณสมบัติที่สำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือ ความสามารถในการชุบแข็ง (Hardenability) คือ คุณสมบัติที่เหล็กกล้าที่บ่งถึงความยาก-ง่ายในการชุบแข็งและความลึกของเหล็กที่แข็งขึ้นจากการชุบแข็ง (quenching) คุณสมบัตินี้จะขึ้นกับส่วนผสมทางเคมีและขนาดของเกรนของเหล็กกล้า โดยเหล็กกล้าที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูง จะสามารถทำการชุบแข็งได้ง่ายด้วยลม แต่ถ้าเหล็กกล้ามีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ การชุบแข็งด้วยลมจะไม่สามารถทำให้ได้เฟสมาร์เทนไซต์ จึงอาจต้องทำการชุบแข็งด้วยน้ำหรือของเหลวอื่น ซึ่งจะมีผลต่อการบิดตัวของชิ้นงานที่ทำการชุบ คุณสมบัตินี้เพิ่มขึ้นตามปริมาณธาตุผสม ดังนั้น การทำให้ได้ชิ้นงานที่มีความแข็งสูงตลอดชิ้น หรือสามารถชุบแข็งได้ลึก จึงควรเลือกใช้เหล็กกล้าที่มีธาตุผสมสูง โดยโคบอลต์เป็นเพียงธาตุเดียวที่ลดคุณสมบัตินี้
ความเหนียว (Toughness) คือ ความสามารถในการรับพลังงานของวัสดุก่อนที่จะเกิดการแตกหัก เหล็กกล้าเครื่องมือที่ถือว่า มีคุณสมบัติด้านความเหนียวที่ดี คือ กลุ่มที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ หรือปานกลาง คุณสมบัตินี้จำเป็นสำหรับการใช้งานในสภาวะที่ต้องรับแรงกระแทก
ความทนต่อการเสียดสี (Wear resistance) คือ ความสามารถทนต่อการถูกขัดสี ซึ่งรวมถึงการเสียดสีของคมตัดด้วย คุณสมบัตินี้จะเกี่ยวข้องกับความแข็งของเหล็ก และปริมาณคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย (คาร์ไบด์ที่ไม่สลายตัว เมื่อมีการใช้งานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง) โดยหากเหล็กกล้าเครื่องมือมีความแข็งสูงก็จะทนการเสียดสีได้ดี หรือหากมีคาร์ไบด์ที่ไม่ละลาย (แม้อุณหภูมิสูง) ก็จะทำให้ทนการเสียดสีได้ดีขึ้นเช่นกัน เนื่องจากคาร์ไบด์จะมีความแข็งสูง
การรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง (Red-hardness) เป็นคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือที่ต้องได้รับความร้อนจนมีอุณหภูมิสูงกว่า 480 °C โดยธาตุผสมที่ทำให้เกิดคาร์ไบด์ที่เสถียรจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัตินี้ ซึ่งจะทำให้เหล็กกล้าเครื่องมือไม่อ่อนลง (ความแข็งลดลง) อันเนื่องมาจากผลของความร้อนในขณะใช้งานที่อุณหภูมิสูง หรือในขณะทำการอบคืนตัว (tempering)
ความสามารถในการกลึงไส (Machinability) คือ ความสามารถของโลหะที่จะกลึงไส ตก แต่งได้ง่าย และมีผิวที่เรียบภายหลังการกลึงไส
ความต้านทานการสูญเสียคาร์บอน (Resistance to decarburization) การสูญเสียคาร์บอน ซึ่งจะเกิดเมื่ออบเหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่า 704 °C (1300°F) เป็นผลให้ความแข็งที่ได้ภายหลังการชุบแข็ง ต่ำลง เหล็กกล้าเครื่องมือที่มีคุณสมบัตินี้ต่ำจะต้องมีวิธีป้องกัน/ควบคุมบรรยากาศในการอบชุบความร้อนเพื่อไม่ให้ชิ้นงานสูญเสียคาร์บอนโดยเฉพาะที่ผิว สำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีคาร์บอนเป็นส่วนผสมหลักจะสามารถต้านทานการสูญเสียคาร์บอนได้ดี
การไม่เปลี่ยนรูปร่างหรือขนาด (Non deformation properties) คุณสมบัตินี้สัมพันธ์กับความสามารถในการชุบแข็ง โดยทั่วไปเหล็กกล้าที่สามารถชุบแข็งได้ด้วยลมจะมีการบิดตัวน้อยที่สุด เหล็กกล้าที่ทำการชุบแข็งด้วยน้ำมันทำให้เกิดการบิดตัวปานกลาง และเหล็กกล้าที่ทำการชุบแข็งด้วยน้ำทำให้เกิดการบิดตัวสูงที่สุด ดังนั้นในการออกแบบเลือกเหล็กกล้าเครื่องมือจะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติด้านนี้ด้วย
อิทธิพลของธาตุผสมต่อคุณสมบัติของเหล็กกล้าเครื่องมือ คาร์บอน (C) เป็นธาตุผสมสำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือ จะมีผลต่อคุณสมบัติเชิงกลหลายประการ โดยช่วยเพิ่มความแข็ง ความเค้นแรงดึง ความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะลดคุณสมบัติความเหนียว และการยืดตัวของเหล็ก นอกจากนี้คาร์บอนจะรวมตัวกับธาตุผสมตัวอื่น เช่น โครเมียม โมลิบดินั่ม ทังสเตน และฟอร์มตัวเป็นคาร์ไบด์ด้วย ซึ่งจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติในการใช้งานต่างๆ ให้ดียิ่งขึ้น เช่น ความสามารถในการชุบแข็ง ความทนต่อการเสียดสี การรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูง เป็นต้น
ซิลิกอน (Si) โดยปกติจะพบในเหล็กกล้าเครื่องมือปริมาณ 0.2-0.3% เพราะในการหลอมเหล็กกล้าจะใช้ซิลิกอนเพื่อไล่แก๊สออกซิเจน สำหรับซิลิกอนที่เป็นธาตุผสมจะมีบทบาทช่วยให้คาร์บอนรวมตัวเป็นกราไฟต์ ดังนั้นในเหล็กกล้าเครื่องมือบางประเภทที่มีปริมาณคาร์บอนสูงและผสมซิลิกอนประมาณ 1% จะมีโครงสร้างหลังการชุบแข็งที่ประกอบด้วยกราไฟต์กระจัดกระจาย ซึ่งช่วยให้เกิดความลื่นเมื่อใช้ทำแม่พิมพ์ ลดปัญหาการติดของโลหะในขณะทำการขึ้นรูป ธาตุนี้จะไม่ใช้ตามลำพัง แต่จะผสมร่วมกับโมลิบดินั่ม หรือวานาเดียม โดยให้ผลดีทั้งด้านการลดการเกิดออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูง ช่วยให้ชุบแข็งง่ายขึ้น และช่วยให้คงความแข็งไว้ได้ดีในขณะอบคืนตัว (tempering)
แมงกานีส (Mn) เป็นธาตุที่มีอยู่ทั่วไปในเหล็กกล้า เนื่องจากในกระบวนการผลิตเหล็กกล้าจะใส่แมงกานีสเป็นตัวกำจัดแก๊ส และรวมตัวกับกำมะถัน (S) การจัดว่า แมงกานีสเป็นธาตุผสมในเหล็กกล้าก็ต่อเมื่อมีปริมาณสูงกว่า 0.6% ขึ้นไป แมงกานีสมีบทบาทในการเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งของเหล็กกล้าเครื่องมือ สำหรับเหล็กที่ผสมแมงกานีสเพียงลำพังจะมีข้อเสียคือ จะเปราะหลังจากอบคืนตัวในช่วงอุณหภูมิ 400-600 °C จึงมักผสมแมงกานีสจะผสมร่วมกับโครเมียม (Cr) และโมลิบดินั่ม (Mo) ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการชุบแข็งได้มากขึ้น กว่าการผสมแมงกานีสเพียงธาตุเดียว
โครเมียม (Cr) เป็นธาตุผสมที่ใส่ลงไปเพื่อคุณสมบัติหลายประการ เช่น เพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง เพิ่มคุณสมบัติทนต่อการเสียดสี เพิ่มความเหนียว เป็นต้น โครเมียมสามารถรวมตัวกับคาร์บอนให้คาร์ไบด์ได้หลายรูปแบบ ซึ่งหากมีการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและคาร์ไบด์เหล่านี้ละลายหมด เกรนจะขยายตัวมาก ดังนั้นการใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือที่ผสมโครเมียมตามลำพัง ต้องเลี่ยงการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและทิ้งแช่ไว้ระยะเวลานาน หรืออาจแก้ไขได้โดยผสมวานาเดียมเพื่อชะลอการขยายตัวของเกรน
โมลิบดินั่ม (Mo) ส่วนใหญ่เหล็กกล้าเครื่องมือทำงานร้อน และเหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูงจะผสมโมลิบดินั่มเพื่อผลในการชุบแข็ง นอกจากนี้ยังทำให้สามารถคงความแข็งของมาร์เทนไซต์ได้จนถึงอุณหภูมิ 500 °C แต่ข้อเสียของโมลิบดินั่ม คือ เหล็กจะเป็นออกไซด์มากที่อุณหภูมิ 1000-1100 °C และมีแนวโน้มทำให้สูญเสียคาร์บอนที่ผิวได้ง่าย จึงมักเติมซิลิกอนเพื่อปรับปรุงข้อบกพร่องนี้
ทังสเตน (W) ที่ผสมลงไปในเหล็กกล้าเครื่องมือทำให้เกิดคาร์ไบด์ที่มีเสถียรภาพสูง สลายตัวได้ช้าที่อุณหภูมิสูง จึงมีบทบาทต้านทานต่อการสึกหรอสำหรับการใช้งานที่ต้องการคุณสมบัติทนต่อการเสียดสี และทนความร้อน โดยเฉพาะหากผสมทังสเตนสูงถึง 18% จะช่วยคงความแข็งไว้ที่อุณหภูมิสูง และรักษาคมตัดได้ดี
โคบอลท์ (Co) เป็นธาตุเดียวที่ลดความสามารถในการชุบแข็ง แต่จะมีบทบาทอย่างมากที่จะช่วยให้เหล็กมีความคม ตัดโลหะได้ดี (High cutting ability) และสามารถรักษาความแข็งได้จนถึงอุณหภูมิสูง จึงพบว่า เหล็กกล้าเครื่องมือความเร็วสูง (high speed tool steel) จะผสมโคบอลท์อยู่ด้วย
วานาเดียม (V) มีผลอย่างมากที่ทำให้ได้คาร์ไบด์ที่แข็ง เสถียร ขนาดละเอียด และกระจัดกระจาย ซึ่งมีผลทำให้ได้โครงสร้างที่มีเกรนละเอียด สามารถเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวให้กับชิ้นงานได้
การแบ่งกลุ่มเหล็กกล้าเครื่องมือ เหล็กกล้าเครื่องมือเป็นเหล็กที่มีความหลากหลายในการใช้งาน การเลือกใช้ไม่จำกัดที่จะต้องเลือกเกรดใดเกรดหนึ่ง สามารถใช้งานแทนกันได้ อย่างไรก็ตาม หากแบ่งเหล็กกล้าเครื่องมือตามลักษณะการใช้งานจะสามารถแบ่งได้ 6 ประเภทดังนี้
1. เหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ เป็นเหล็กกล้าคาร์บอน (plain carbon) ที่ผสมคาร์บอน ตั้ง แต่ 0.60-1.40% ดังนั้นคุณสมบัติด้านการชุบแข็ง หรือความลึกของผิวชุบแข็งจึงต่ำ และจำเป็นต้องชุบแข็งด้วยน้ำ ในบางเกรดอาจมีการผสมโครเมียมหรือวานาเดียมลงไปเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความสามารถในการชุบแข็ง และทนต่อการเสียดสี
เหล็กกล้ากลุ่มนี้จะมีราคาถูกกว่ากลุ่มอื่น และมีจุดเด่น คือ สามารถกลึงไสเพื่อตก แต่งชิ้นงานได้ง่าย สูญเสียคาร์บอนที่ผิวยาก
จุดด้อยของเหล็กกลุ่มนี้ คือ การชุบแข็งด้วยน้ำอาจมีผลทำให้ชิ้นงานบิดเบี้ยวได้ง่าย และไม่สามารถทนต่อความร้อนได้ จึงไม่สามารถใช้สำหรับงานตัดที่รุนแรงหรือใช้งานซ้ำๆ กันจนเกิดความร้อนได้ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่นิยมใช้งานกัน อาจมีการใช้งานบ้างสำหรับทำเครื่องมือตัดที่ใช้ความเร็วต่ำและตัดด้วยแรงเบาๆ เช่น ไม้ อะลูมิเนียม แม่พิมพ์สำหรับทุบหัวขึ้นรูปเย็น (cold heading) เป็นต้น ตัวอย่างการใช้งานของเหล็กกลุ่มนี้ เช่น W1 W2 และ W5
- เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็น (Cold work tool steels) เป็นกลุ่มที่ใช้ผลิตเครื่องมือสำหรับนำไปใช้ในงานแปรรูปโลหะที่ไม่ได้ให้ความร้อนก่อนการแปรรูป เช่น แม่พิมพ์ตัดแผ่นโลหะเย็น ใบมีดตัดกระดาษ เฟืองกัดไม้ คัดเตอร์ เป็นต้น คุณสมบัติสำคัญที่ต้องการสำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้ คือ ความสามารถในการกลึงไสดี เปลี่ยนแปลงขนาดน้อยหลังการชุบแข็ง (เนื่องจากการชุบแข็งจะทำโดยการชุบ้ำมันหรือให้เย็นตัวในอากาศ) ต้านทานการสึกหรอสูง และมีความเหนียวทนแรงอัดกระแทกได้ดี เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็น ได้เแก่
- เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยน้ำมัน เป็นกลุ่มที่มีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอสูง และมีความแข็งสูง ซึ่งเป็นผลมาจากมีปริมาณคาร์บอนสูง และคาร์ไบด์ขนาดเล็กที่มีอยู่อย่างกระจัดกระจาย ธาตุผสมเพียงเล็กน้อยของโครเมียม โมลิบดินั่ม และทังสเตน ทำให้สามารถชุบแข็งได้ด้วยน้ำมัน ซึ่งมีข้อดีกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ เนื่องจากการชุบแข็งด้วยน้ำมันจะทำให้ชิ้นงานบิดตัว และมีโอกาสแตกน้อยกว่าการชุบแข็งด้วยน้ำอย่างมาก ตัวอย่างการใช้งานเหล็กกล้ากลุ่มนี้ ได้แก่ เครื่องทำเกลียว (taps) เครื่องคว้าน (reamers) ใบตัด (circular cutters) เครื่องคว้านรู (broaches) สว่าน (drills) แม่พิมพ์เจาะรู (blanking dies) หัวกด (punches) แม่พิมพ์ขึ้นรูป (forming dies) แม่พิมพ์สำหรับงานตัดขอบเย็น (cold-trimming dies) ใบมีดตัดขนาดเล็ก (small shear blades) แม่พิมพ์งานลากขึ้นรูป (drawing dies) รวมถึงแม่พิมพ์สำหรับพลาสติกหรือยาง เป็นต้น
โดยทั่วไปเกรดที่มีการใช้งานกันมาก ได้แก่ O1 เนื่องจากมีความสามารถในการชุบแข็งสูง และเกรนขยายตัวช้าที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ยังมีความเหนียวเหนือกว่าเกรดอื่นๆ เล็กน้อย สำหรับเกรด O6 จะมีคุณสมบัติกลึงไสที่ดีในสภาพการอบอ่อน เนื่องจากมีการฟอร์มตัวของเกล็ดกราไฟต์ แต่คุณสมบัติการรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงยังต่ำพอๆ กับเหล็กกล้าเครื่องมือชุบแข็งด้วยน้ำ สำหรับการใช้ในงานที่ต้องการอายุการใช้งานที่นานขึ้นอาจใช้เกรด O7 ซึ่งมีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอสูงที่สุด
- เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยลม เป็นกลุ่มที่มีธาตุผสมมากกว่าเหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทชุบด้วยน้ำมัน โดยมีปริมาณคาร์บอนสูงและธาตุผสมสูงปานกลาง ซึ่งจากปริมาณธาตุผสมที่สูงทำให้เหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้มีความสามารถในการชุบแข็งสูง ซึ่งเพียงพอที่จะชุบแข็งให้ได้โครงสร้างมาร์เทนไซต์ด้วยลม การเย็นตัวในอัตราที่ต่ำจะทำให้ชิ้นงานบิดเบี้ยวน้อย ลดโอกาสที่ชิ้นงานจะแตกได้ และมีคุณสมบัติการไม่เปลี่ยนรูปร่างหรือขนาดได้เยี่ยมมากในระหว่างการอบชุบความร้อน นอกจากนี้ปริมาณคาร์ไบด์จำนวนมากทำให้มีคุณสมบัติทนต่อการเสียดสีที่ดี อย่างไรก็ตาม แม้ว่า จะมีธาตุผสมที่สูง แต่ก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เหล็กกล้ากลุ่มนี้มีคุณสมบัติความสามารถรักษาความแข็งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงได้สูงพอที่จะใช้กับงานร้อน หรืองานตัดความเร็วสูง ดังนั้นส่วนใหญ่เหล็กกลุ่มนี้จึงเหมาะกับงานเย็นเท่านั้น
การใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้สามารถใช้งานได้ประเภทเดียวกับกลุ่มที่ชุบด้วยน้ำมัน แต่คุณสมบัติที่เหนือกว่า คือ ความสามารถในการชุบแข็ง ซึ่งจะมีข้อได้เปรียบด้านการบิดเบี้ยวของชิ้นงานที่น้อยกว่า และเพิ่มความปลอดภัยในระหว่างการชุบแข็ง เกรดที่นิยมใช้งานกันมาก ได้แก่ A2 สำหรับเกรดอื่นที่มีการใช้งานอยู่บ้าง ได้แก่ A6 A8 และ A10 (มีกราไฟต์อิสระในโครงสร้าง เพื่อเพิ่มความสามารถในการกลึงไส)
- เหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นประเภทคาร์บอนสูงและโครเมียมสูง เป็นกลุ่มที่มีการใช้งานกันมากที่สุดในกลุ่มเหล็กกล้าเครื่องมือเย็น ธาตุผสมหลัก คือ คาร์บอน โครเมียม และโมลิบดินั่ม โดยมีคุณสมบัติทนต่อการสึกหรอ และการเสียดสีที่ดีเยี่ยม ทำให้สามารถรักษาคมตัดไว้ได้นาน ซึ่งเป็นผลมาจากการมีปริมาณคาร์ไบด์ในระดับสูง และโครงสร้างเทมเปอร์มาร์เทนไซต์ภายหลังการชุบแข็งและอบคืนตัว (tempering) อย่างไรก็ตามข้อจำกัดประการสำคัญของเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้ คือ ความสามารถในการกลึงไสที่ต่ำมาก และมีความเหนียวที่ลดต่ำลงเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเครื่องมืองานเย็นในกลุ่มอื่น
การใช้งานเหล็กกล้าเครื่องมือกลุ่มนี้สามารถใช้กับงานเย็นได้ทุกประเภท เช่น แม่พิมพ์เจาะรู (blanking dies) ใบมีดตัด (slitting cutters) แม่พิมพ์ขึ้นรูป (forming dies) แม่พิมพ์ลากขึ้นรูปลึก (deep-drawing dies) แม่พิมพ์ดึงลวด (wire-drawing dies) แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปเย็น (cold-extrusion dies) ลูกรีดสำหรับดัดโค้งและขึ้นรูป (bending and forming rolls) ใบมีด (shear blades) ชิ้นส่วนต่างๆ ที่ทนต่อการสึกหรอ เป็นต้น โดยส่วนใหญ่นิยมใช้งานสำหรับงานแม่พิมพ์ และหัวกดของงานขึ้นรูปเย็น งานเจาะรู (blanking) เหล็กเกรด D2 จะหาซื้อได้ง่ายและมีการใช้งานมาก สำหรับการใช้งานที่ต้องการอายุยาวนานขึ้นอาจเลือกใช้กลุ่มที่มีคาร์บอนสูงกว่า ได้แก่ D3 D4 และ D7 ซึ่งจะมีความต้านทานต่อการสึกหรอสูงกว่า D2 แต่จะมีข้อจำกัด คือ การกลึงไสทำได้ยากขึ้น
เหล็กกล้าโครงสร้างความแข็งแรงสูง S355J2และ ST52-3 ต่างก็มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม ทั้งสองชนิดมีความคล้ายคลึงกันในหลายด้าน เช่น ความแข็งแรงดึงสูง ความยืดหยุ่นที่ดี และความเหนียว จึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านสถาปัตยกรรม การผลิต และวิศวกรรมเครื่องกล เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบโครงสร้างต่างๆ
S355J2G3 และ S355JR เป็นเหล็กกล้าสองเกรดที่ใช้กันทั่วไป โดยมีคุณสมบัติและมาตรฐานที่แตกต่างกัน S355J2G3 นิยมใช้สำหรับเหล็กโครงสร้างที่ไม่ผสมอัลลอย มีคุณสมบัติในการเชื่อมที่ดีและทนแรงกระแทกสูง ในขณะที่ S355JR ผลิตจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและเหมาะสำหรับงานโครงสร้างทั่วไป เหล็กกล้าเหล่านี้มักได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงพารามิเตอร์ด้านสมรรถนะเชิงกลที่สำคัญ เช่น ความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงคราก และความยืดหยุ่น
โดยรวมแล้ว การเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านอย่างถูกต้องนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง การทำความเข้าใจคุณสมบัติทางกลของเหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูง เช่น S355J2, ST52-3, S355J2G3 และ S355JR จะช่วยให้วิศวกรและนักออกแบบสามารถเลือกวัสดุได้อย่างชาญฉลาด รับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของโครงการ และตอบสนองความต้องการด้านความแข็งแรงและความทนทานของโครงสร้างทางวิศวกรรมได้
