เหล็กรูปพรรณ คือ?

โครงสร้างเหล็กรูปพรรณรีดร้อน        เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน (Hot-Rolled Structural Steel) มีการใช้งานในต่างประเทศอย่างกว้างขวางมานาน และกำลังมีบทบาทมากขึ้นในการก่อสร้างในประเทศไทย เนื่องจากข้อดีหลายประการที่ทำให้การก่อสร้างด้วยเหล็กมีความรวดเร็ว คุ้มค่าต่อการใช้งาน เหล็กเหล่านี้มีหน้าตัดหลายประเภทและมีหลายเกรดหรือชั้นคุณภาพ วิศวกรหลายท่านอาจรู้จักเหล็กชนิดนี้ในชื่อ เหล็กเอชบีม หรือเหล็กไวด์แฟลงก์จากหนังสือที่อ้างอิงกับมาตรฐาน ASTM ของอเมริกา ส่วนในการซื้อขายในประเทศนั้นแต่ก่อนส่วนใหญ่นำเข้าจากญี่ปุ่น ซึ่งใช้มาตรฐาน JIS และในระยะหลังจึงมีผู้ผลิตในประเทศและมีการกำหนดมาตรฐานในประเทศ เกรดเหล่านี้ เทียบกันได้อย่างไร มาดูรายละเอียดกันในบทความนี้ การใช้งานเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน        หน้าตัดที่เป็นรูปทรงของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน ทำให้เหล็กมีคุณสมบัติในการรับแรงในแนวต่างๆอย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยน้ำหนักที่เบากว่าโครงสร้างคอนกรีต เหมาะกับสำหรับใช้งานโครงสร้างชนิดต่างๆ เช่น โรงงาน อาคารสูง สนามกีฬา เสาส่งไฟฟ้า ตลอดจนบ้านพักอาศัย เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน มีหน้าตัดเป็นรูปตัวเอช เรียกกันว่า H-beam มีปีกกว้าง(wide flange) เหมาะกับงานโครงสร้างคาน เสาและโครงหลังคา, ส่วนหน้าตัดรูปตัวไอ หรือ I-beam ปีกเหล็กจะหนาขึ้นที่โคนปีก จึงรับแรงสั่นสะเทือนได้ดี เหมาะกับงานเครื่องจักร รางเครน สำหรับเหล็กฉากหรือ angle มีหน้าตัดรูปตัว L ใช้งานโครงสร้างหลังคา เสาส่งไฟฟ้าแรงสูง เสาวิทยุ เสาโทรศัพท์ อีกหน้าตัดหนึ่ง คือ รางน้ำ หรือ Channel มีหน้าตัดรูปตัว C นิยมใช้ทำคานรองรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น บันได คานขอบนอก นอกจากนั้น เอชบีมที่นำมาตัดแบ่งตามยาว เรียกว่า Cut beam หรือ Cut-T ใช้ทำโครงสร้างของ Truss แทนการใช้เหล็กฉากเชื่อมประกบกัน ข้อดีของการใช้เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน ลดระยะเวลาการก่อสร้าง ทำให้ลดภาระดอกเบี้ยของโครงการ เปิดใช้งานได้เร็ว เตรียมงานจากโรงงานได้  และใช้แรงงานน้อยกว่าการก่อสร้างด้วยระบบอื่น ออกแบบโครงสร้างให้มีช่วงเสากว้างกว่าโครงสร้างระบบอื่น ไม่เปลืองพื้นที่ใช้งาน ออกแบบงานสถาปัตยกรรมได้หลากหลาย เช่น ดัดโค้ง ทำโครงสร้างโปร่ง หรือทำส่วนยื่นได้มาก โครงสร้างมีน้ำหนักเบา ทำให้ประหยัดฐานราก ลดการขนส่ง และพื้นที่กองเก็บวัสดุ ตรวจสอบ ควบคุมคุณภาพ และบำรุงรักษาได้สะดวกกว่าโครงสร้างอื่น มีความแข็งแรง สามารถรับแรงสั่นสะเทือนและแผ่นดินไหวได้ดีกว่าโครงสร้างระบบอื่น ก่อสร้างในที่จำกัดได้สะดวก ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะผุ่น ดัดแปลง ต่อเติม หรือรื้อไปสร้างใหม่ได้ ไม่ต้องทุบทิ้ง สามารถนำวัสดุมาหมุนเวียนได้  100% การผลิตโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน           การผลิตเหล็กโครงสร้างขนาดใหญ่ในประเทศ เริ่มเมื่อประมาณสิบกว่าปีมานี้ เดิมทีผู้ใช้งานในประเทศต้องสั่งเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อนจากต่างประเทศส่วนใหญ่เกรดที่นำเข้า  ได้แก่JIS      ของญี่ปุ่นและASTM ของอเมริกา ต่อมาเมื่อมีการตั้งโรงงานในประเทศไทยจึงสามารถผลิตเพื่อทดแทนการนำเข้าและส่งออกตามมาตรฐานต่างประเทศ  ในขณะเดียวกันสำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมได้กำหนดมาตรฐาน  มอก.1227-2539  สำหรับใช้งานในประเทศ  โดยอ้างอิงหน้าตัด ขนาดและเกรดหรือชั้นคุณภาพ จากมาตรฐานของญี่ปุ่น  และเนื่องจากเหล็กโครงสร้างเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีผลกระทบต่อความปลอดภัยของผู้ใช้งาน จึงได้กำหนดให้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตหรือนำเข้ามาจำหน่าย ต้องเป็นไปตามมาตรฐานดังกล่าว กระบวนการผลิตเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน เริ่มจากการนำเศษเหล็กมาหลอมในเบ้าขนาดใหญ่ด้วยความร้อนสูงกว่า 1600 °C จนกลายเป็นน้ำเหล็ก แล้วเติมโลหะปรุงแต่งส่วนผสมเพื่อให้มีความแข็งแรงตามเกรดที่ต้องการ เมื่อปรุงแต่งส่วนผสมแล้ว จึงนำมาหล่อให้เป็นแท่ง หลังจากนั้น นำเหล็กแท่งมารีดด้วยแท่นรีดขนาดใหญ่ ที่อุณหภูมิประมาณ 1200 °C รูปร่างหน้าตัดของเหล็กแท่งจะถูกลดขนาดและแปรเปลี่ยนไปตามแบบของลูกรีดจนมีขนาดมาตรฐาน จุดสำคัญในการทำคือ การควบคุมส่วนประกอบทางเคมีของการหลอมแต่ละเบ้า (Heat) การรีดเหล็กร้อนให้เป็นรูปร่างที่มีความกว้างและความหนาให้พอดีตามที่กำหนด และการทดสอบความแข็งแรง เนื่องจากผลิตโดยการหลอมและรีดร้อนขึ้นเป็นท่อน เหล็กโครงสร้างชนิดนี้จึงมีเนื้อเดียวกัน ไม่มีรอยเชื่อมระหว่างส่วนต่างๆ  ดังนั้น คุณสมบัติของหน้าตัดจึงสม่ำเสมอกว่าเหล็กโครงสร้างชนิดอื่นเช่น      เหล็กรูปพรรณกลวงซึ่งทำจากเหล็กม้วนและเชื่อมตามยาว กับเหล็กโครงสร้างรูปพรรณเชื่อมประกอบที่ทำจากเหล็กแผ่นสามชิ้นเชื่อมเข้าด้วยกัน เกรดหรือชั้นคุณภาพ         เกรดของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน เป็นตัวระบุความแข็งแรงของเนื้อเหล็ก เหล็กที่ใช้งานโครงสร้างมีความต้านแรงดึง (Tensile Strength) ในระดับ  400 N/mm2 ขึ้นไป เช่นASTM A36,JIS/TIS SS400, SM400  เป็นต้น         วิศวกรบางท่านอาจคุ้นเคยกับเหล็ก ASTM A36 เนื่องจากมีในตำราออกแบบที่มีพื้นฐานจากต่างประเทศ  แต่ไม่สามารถหาได้ในท้องตลาดจึงมักเกิดปัญหาในการใช้งาน  ดังนั้นการออกแบบในปัจจุบันจึงต้องใช้เหล็กตามมาตรฐาน  TIS 1227-2539  ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ใช้กับเหล็กที่มีจำหน่ายในประเทศ         ผู้ใช้สามารถทราบคุณสมบัติของเหล็กที่นำมาใช้งานได้จากเอกสาร Mill Certificate  ที่ออกโดยผู้ผลิตและที่ตัวเหล็กแต่ละท่อนมีสติ๊กเกอร์ระบุเกรด  Heat no. รวมทั้งชี้บ่งเกรดเป็นตัวนูนที่ผิวอย่างถาวรเพื่อให้ผู้ใช้ตรวจสอบชั้นคุณภาพได้สำหรับงานที่ต้องการลดน้ำหนักของโครงสร้างเพื่อความสะดวกในระหว่างการก่อสร้างและเพิ่มพื้นที่การใช้อาคาร จะใช้เกรดสูงหรือ High-Strength  ซึ่งมีความต้านแรงดึงตั้งแต่  490N/mm2เช่นASTM A572,ASTM A992,JIS/TIS SM490, SM520เป็นต้น  นอกจากนี้ยังมีเกรดฉพาะงาน  เช่นโครงสร้างในทะเล  แท่นขุดเจาะก๊าซธรรมชาติในทะเล ที่ต้องใช้เหล็กโครงสร้างเกรดสูงและมีความต้านแรงกระเทกที่อุณหภูมิต่ำมาก คือ -20 C, -40 °C  ซึ่งการผลิตและทดสอบก็จะเข้มงวดยิ่งขึ้น ความแตกต่างของเกรด ss400  และ sm400        ศูนย์ซ่อมบำรุงอากาศยาน ของ  บมจ.การบินไทย ที่สนามบินสุวรรณภูมิ ด้านหน้ามีช่วงระหว่างเสา (span) กว้างถึง  270  เมตร  รองรับเครื่องบินโดยสารขนาดใหญ่ที่สุดในโลก  Airbus  A380  ได้พร้อมกัน  3  ลำ เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อนที่วิศวกรนำไปออกแบบใช้งาน ส่วนใหญ่ใช้เหล็กที่มีความต้านแรงดึง  400 N/mm2 ซึ่งที่ความแข็งแรงระดับนี้  ตามมาตรฐานที่ใช้ในประเทศคือTIS 1227-2539  มี  2เกรด คือSS400 และเกรดSM400 ซึ่งแต่ละเกรดมีส่วนประกอบทางเคมี  และคุณสมบัติที่แตกต่างกัน  ดังตารางต่อไปนี้ เมื่อเปรียบเทียบในรายละเอียด จะเห็นชัดเจนว่าส่วนประกอบทางเคมีของเกรด SS400 ควบคุมเพียงค่า   P (Phosphorus),  และ S (Sulfur)  ซี่งหากมีปริมาณมากทำให้เหล็กเปราะ  และเกรดนี้ไม่ได้ควบคุมค่า Carbon  ซึ่งเป็นธาตุที่เพิ่มความแข็งแรงของเหล็ก  แต่หากมีมากเกินไปทำให้เหล็กมีความเปราะเพิ่มขึ้น  ในขณะที่SM400 ควบคุมปริมาณ  Carbon, Silicon,  Manganese  ในระดับที่เหมาะสม  และมีธาตุ  Phosphorus,  Sulfur  ในระดับต่ำ  ทำให้เหล็กมีความเปราะต่ำ มีความเหนียวเพิ่มขึ้น  ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลด้านความยืด (Elongation)  และความทนต่อแรงกระแทก (Impact)  ดีขึ้น  ดังนั้นเกรด SS400  จึงใช้ในงานโครงสร้างทั่วไปที่มีการตัด  เจาะรูขันน็อต  และเชื่อมได้แต่ควรควบคุมการให้ความร้อนก่อนและหลังการเชื่อม  ส่วนเกรด  SM400 มีคุณสมบัติต่างๆ ดีขึ้น  โอกาสแตกร้าวจากรอยเชื่อมต่ำลง  มีความเหนียว  และมีคุณสมบัติทนทานต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิ  0°C จึงเป็นเกรดที่เหมาะกับงานเชื่อม  งานเจาะรูขันน็อต  รวมถึงงานดัดโค้ง  ซึ่งโครงการส่วนใหญ่สามารถนำไปใช้งานได้เป็นอย่างดี การระบุ Specification ของเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน ในการระบุรายละเอียดของวัสดุในแบบก่อสร้างหรือรายการวัสดุสำหรับเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน  เริ่มจากระบุมาตรฐานเกรดชนิดหน้าตัด เช่นH-beam  ต่อด้วยขนาดของหน้าตัด  นอกจากนี้ จะระบุความยาวที่ต้องการและปริมาณที่จะใช้เป็นหน่วยน้ำหนัก  ปัจจุบันประเทศไทยสามารถผลิตเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อนได้ถึงขนาด  H 900x300  มม.  และผลิตในเกรดต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเกรดของต่างประเทศเพื่อส่งออกและเกรดในประเทศ  ส่วนใหญ่ผู้ใช้งานในประเทศใช้เกรด SM400 ของมาตรฐานTIS 1227-2539 ซึ่งมีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับงานโครงสร้างเหล็กสำหรับอาคารทุกประเภท  เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน เป็นวัสดุโครงสร้างที่นับวันจะนำไปใช้งานมากขึ้น  เนื่องจากการก่อสร้างที่ต้องการความแข็งแรง  ความสวยงาม  และความรวดเร็ว  เพื่อตอบสนองให้ผู้ใช้งานได้รับประโยชน์สูงสุด ข้อมูลเพิ่มเติม  www.kjnmetal.com อ้างอิงจาก http://www.siamyamato.com