ผลกระทบของธาตุ Boron ใน Carbon Steel
โบรอน (Boron) เป็นหนึ่งในธาตุเบาบนตารางธาตุ มีเลขอะตอมเท่ากับ 5 มีสัญลักษณ์เป็นตัว B โบรอนเป็นหนึ่งในแร่ธาตุที่สำคัญในร่างกายมนุษย์ และถูกใช้ในผสมวัสดุหลายชนิดเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุ ในเนื้อหาส่วนนี้ เราจะเน้นผลกระทบของ โบรอนใน เหล็กกล้าผสมคาร์บอน (Carbon Steel) ซึ่งโบรอน ทำให้เกิดประโยชน์ และ สร้างปัญหา ได้
ประโยชน์ของ โบรอน
ประโยชน์หลักของการเติม โบรอน ลงในเหล็กกล้า คือ ความสามารถในการชุบแข็ง (Hardenability) โดยปริมาณเพียงเล็กน้อยสามารถช่วยทำให้ความแข็งดีขึ้น ปริมาณ โบรอน ที่เติมในเหล็กกล้า อาจน้อยเพียง 3 ppm ก็สามารถทำให้เกิดความแตกต่างได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของเหล็กกล้า และปริมาณคาร์บอน ที่เป็นองค์ประกอบ
แม้ว่าเราสามารถเติมธาตุอื่นๆเข้าไปในเหล็กกล้าได้ เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติ แต่การใช้ โบรอน ทำให้เราสามารถปรับคุณสมบัติของเล็กกล้า ที่ที่อุณภูมิชุบแข็ง ที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับธาตุอื่นๆ จึงช่วยลดต้นทุนด้านพลังงาน อีกหนึ่งประโยชน์ของโบรอน คือ มันช่วยเพิ่มความสามารถในการกลึงไส (Machinability) เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กที่มีความแข็งใกล้เคียงกัน
โบรอน จะถูกใช้ในกรณีที่ เหล็กกล้ามีคุณสมบัติด้านต่างๆ ตรงตามความต้องการเกือบทั้งหมดแล้ว เช่น ความทนต่อการเสียดสี (Wear Resistance) แต่ความสามารถในการชุบแข็ง ยังต่ำอยู่ การใช้ โบรอน เป็นทางเลือกที่มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า กว่าการไปใช้เหล็กกล้าผสมชนิดอื่นแทน อุตสาหกรรมรถยนต์ เป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมหลักที่มีการใช้ เหล็กกล้าผสมโบรอน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในตลาดยุโรป โดย โครงสร้างเสาคาน, แผงหน้าปัด ภายในรถยนต์ มีการใช้เหล็กกล้าที่ผสมโบรอนในการผลิต
ปัญหาของโบรอน
จากที่กล่าวไปก่อนหน้านี้ ปริมาณโบรอนเพียงเล็กน้อย สามารถสร้างความแตกต่างและผลกระทบต่อคุณสมบัติของเหล็ก เมื่อปริมาณโบรอน เพิ่มขึ้น หรือเมื่อเหล็กถูกนำไปใช้ในโครงสร้างลูกปืนรับน้ำหนัก ถ้ามีปริมาณ โบรอน มากเกินไป โบรอนจะแยกตัวออกมาจากเหล็ก และไปอยู่ที่ขอบของ โครงสร้างผลึก ทำให้ความสามารถในการชุบแข็งลดลง ความเหนียวลดลง เป็นสาเหตุของการแตกเปราะ และยังเกิดปัญหาในงานเชื่อม เนื่องจากโบรอน มีจุดหลอมเหลวต่ำ จะไปจับตัวกันที่บริเวณกลางรอยเชื่อม เมื่อเย็นตัวลง ทำให้เกิดรอยร้าว
ปัญหาในงานเชื่อม ความยืดหยุ่นตัวที่ลดลง และ การเสียรูปของโครงสร้างขนาดใหญ่ สามารถทำให้เกิดการถล่มของสะพาน อาคารสูง หรือ แท่นขุดเจาะ และนี่คือสาเหตุที่ต้องมี ระเบียบข้อบังคับ ในการกำกับ ปริมาณของ โบรอน ในเหล็กกล้าบางชนิด ยกตัวอย่างเช่น ในยุโรป โคงสร้างเหล็กกล้าคาร์บอน ต้องมีโบรอนผสมอยู่ ไม่เกิน 8 ppm และการใช้งานบางประเภท กำหนดให้ลงต่ำไปถึง 5 ppm
เราจะเห็นได้ว่าบางกรณี เราต้องการโบรอน แต่บางกรณี เราก็ไม่ต้องการ ปัญหาคือในใบรับรองค่าเคมี ของเหล็กกล้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ไม่ได้ระบุถึงค่าโบรอน เสมอ การปนกันของวัตถุดิบ สามารถนำไปสู่ปัญหาที่น่ากลัว ถ้าเหล็กที่มีโบรอนผสมอยู่ ถูกนำไปใช้ผิดประเภทการใช้งาน ทุกวันนี้ ด้วยห่วงโซ่อุปทาน ที่ซับซ้อน ทำให้มีความเป็นไปได้ที่ โบรอนจะไปผสมอยู่ในวัสดุที่ผิดประเภท ทางออกที่ปลอดภัยที่สุด คือการตรวจสอบวัสดุ ก่อนนำไปใช้งาน
การวิเคราะห์โบรอนในเหล็กกล้า
ในอดีตการวิเคราะห์โบรอน ทำได้ยาก เนื่องจากโบรอน มีมวลน้อย ทำให้ตรวจวัดได้ยาก และเทคนิคที่ใช้ในการตรวจสอบต้องมีการทำลายชิ้นงาน มีการขัดและนำไปทำละลายด้วยสารเคมี OES (Optical Emission Spectroscopy) เป็นเทคนิคที่ไม่ซับซ้อน ไม่ต้องเตรียมตัวอย่างมากนักและ ไม่ใช้สารเคมี เพียงแค่เตรียมผิวของชิ้นงานให้เรียบ การการวิเคราะห์ ก็เป็นอันใช้ได้
เครื่อง OE750 ของ Hitachi เป็นเครื่องวิเคราะห์ เทคนิค OES เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ โบรอนใน เหล็กกล้าผสมคาร์บอน ด้วยเทคโนโลยี ล่าสุดของตัวรับสัญญาณ และการออกแบบระบบ Optic ใหม่ ทำให้ความสามารถในการตรวจวัด โบรอน ที่ระดับ 1 ppm ทำให้มั่นใจได้ว่า วัตถุดิบที่เข้ามา ตรงกับเกรดที่ต้องการกับการนำไปใช้งาน นอกจากนี้ OE750 ยังสามารถวัดธาตุ ไนโตรเจน และ ธาตุอื่นๆที่มีปริมาณน้อยได้ ทำให้ได้ผลวิเคราะห์ที่ครอบคลุมจบภายในเครื่องเดียว
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม สามารถติดต่อ บริษัท Chemical House & Lab Instrument
โทร: 02-1844000
อีเมล: ppsales@chemihouse.com
หรือ Add Line จาก QR Code ด้านล่าง
