การเปรียบเทียบเกรดมาตรฐานทางโลหะ

      เนื่องจากในอุตสาหกรรมการผลิตและแปรรูปโลหะมีความหลากหลายในหลายแง่มุม เช่น เกรดคุณภาพของวัสดุ แหล่งวัตถุดิบ และผู้ผลิต (ซึ่งมักจะแสดงออกมาในรูปของชื่อเฉพาะหรือทางการค้า๗ ทำให้มีความจำเป็นต้องมีการกำหนดมาตรฐานสากลที่เป็นที่ยอมรับและสามารถใช้งานได้ทั่วโลก

      โดยทั่วไป โลหะที่ใช้ในสายการผลิตในประเทศไทยมักจะอ้างอิงตามมาตรฐานที่สำคัญจากเพียงไม่กี่ประเทศ ได้แก่ มาตรฐานของสหรัฐอเมริกา เยอรมนี และญี่ปุ่น เป็นต้น (ในบางกรณีอาจใช้มาตรฐานจากประเทศอังกฤษด้วยเช่นกัน) เนื่องจากประเทศที่ได้กล่าวมานี้เป็นประเทศมหาอำนาจในอุตสาหกรรมการผลิตทางเครื่องจักรและโลหะกรรม ซึ่งมีเทคโนโลยีการผลิตที่ทันสมัยและคุณภาพเป็นที่ยอมรับ แต่เหตุผลสำคัญก็คือ อุตสาหกรรมการผลิตในไทยส่วนใหญ่เป็นกิจกรรมจากการร่วมลงทุนระหว่างประเทศไทยกับญี่ปุ่นหรือสหรัฐอเมริกา หรือบางอุตสาหกรรมอาจใช้เทคโนโลยีการผลิตและเครื่องจักรกลจากประเทศในกลุ่มยุโรป เช่น อังกฤษ, เยอรมนี ดังนั้น จึงต้องอิงมาตรฐานอุตสาหกรรมของประเทศเหล่านั้น

      ส่วนในบางประเทศที่มีระบบอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องจักรและโลหกรรมที่ใหญ่ไม่แพ้กัน เช่น ชาติจากยุโรปตะวันออกอย่าง รัสเซีย โรมาเนีย หรือยุโรปตะวันตกอย่าง สวีเดนและฝรั่งเศส เป็นต้น แม้ว่าจะมีมาตรฐานทางอุตสาหกรรมที่มีการยอมรับในหลายประเทศ แต่ก็ไม่เป็นที่แพร่หลายในประเทศไทย

     เนื่องจากเทคโนโลยีในการผลิตและเครื่องจักรกลมีความหลากหลาย ผู้ประกอบการในอุตสาหกรรมในประเทศไทยจำเป็นต้องทราบข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการเลือกใช้โลหะชนิดต่างๆ ในกรณีที่จำเป็นต้องตรวจสอบเข้ามาระหว่างมาตรฐานของประเทศต่างๆ ผู้ประกอบการและวิศวกรต้องเข้าใจข้อมูลทางเทคนิค และสามารถทำการตรวจสอบความถูกต้อง รวมทั้งทราบความแตกต่างเกี่ยวกับคุณภาพของวัตถุดิบจากแต่ละประเทศ เพื่อประโยชน์ในการเลือกใช้โลหะเหล่านั้นได้อย่างมีประสิทธิผล

     ดังนั้น บทความต่อไปจะกล่าวถึงการตรวจสอบชนิดของโลหะข้ามระหว่างมาตรฐาน ซึ่งคาดว่าจะช่วยให้ผู้อ่านสามารถเลือกใช้โลหะได้เข้าใจและเหมาะสมตามความต้องการ ปัจจัยหลัก 2 ประการในการเปรียบเทียบชนิดของวัสดุ ได้แก่ คุณภาพและราคา ซึ่งทำให้เกิดปัญหาพื้นฐานที่พบได้เสมอๆ เช่น เหตุใดวัตถุดิบที่มีมาตรฐานเปรียบเทียบตงกันจากประเทศหนึ่ง สามารถจำหน่ายได้ในราคาสูง และมีสมบัติดีกว่าวัตถุดิบเกรดเดียวกันที่ผลิตจากอีกประเทศหนึ่งละ ? หรือทำไมชิ้นส่วนบ้างชิ้นของเครื่องจักรจากประเทศหนึ่งจึงต้องกำหนดมาตรฐานของโลหะที่เลือกไว้สูง ทั้งที่ในการนำไปใช้งานจริง ผู้ใช้สามารถปรับลดข้อกำหนดลงได้ ซึ่งจะช่วยลดต้อนทุนการผลิตลงได้อย่างมาก ? เป็นต้น

     การเลือกใช้วัตถุดิบตามมาตรฐานทางโลหะของประเทศต่างๆ ที่ควรทราบนั้นจะระบุการอ่านมาตรฐานออกเป็น 2 ลักษณะ ได้แก่ กลุ่มมาตรฐานที่ระบุโดยจำแนกส่วนผสมทางเคมีและสมบัติบางประการเพื่อการนำไปใช้งาน และกลุ่มมาตรฐานที่ระบุโดยรูปแบบการนำไปใช้ในขบวนการขึ้นรูปหรือสภาวะบางประการ

การจำแนกแบบที่ 1 คือ แบ่งกลุ่มวัสดุตามส่วนผสมทางเคมีเป็นหลัก ได้แก่

-         มาตรฐานจากสหรัฐอเมริกา กำหนดด้วยอักษรย่อ UNS (Unified Numbering System Standard) หรือ ANSI (American National Standard Institute) หรือ AISI (American Iron and Steel Institute) หรือ SAE (Society of Automotive Engineers) นำหน้าตัวเลขทั้งหมด ซึ่งจะระบุกลุ่มของโลหะผสมหรือปริมาณธาตุผสมเป็นหลัก

-         มาตรฐานจากประเทศญี่ปุ่น กำหนดด้วยอักษรย่อ SKD (เหล็กกล้าเครื่องมือ) หรือ SUS (เหล็กกล้าไร้สนิม) หรือ SC (เหล็กกล้าคาร์บอนผสมโครเมียม) นำหน้า เป็นต้น

-         มาตรฐานจากประเทศเยอรมนี กำหนดอักษรย่อตามส่วนผสมทางเคมี เช่น CrMo หมายถึง มีโครเมียมและโมลิบดีนัมผสม หรือมีอักษร X นำหน้า หมายถึงโลหะในกลุ่มที่ไม่เกิดสนิม เป็นต้น

การจำแนกแบบที่ 2 คือ แบ่งกลุ่มตามรูปแบบการนำไปใช้ หรือกระบวนการขึ้นรูปที่เหมาะสมเป็นหลัก ได้แก่

-         มาตรฐานจากสหรัฐอเมริกา กำหนดด้วยอักษรย่อ ASTM (American Society for Testing and Materials) นำหน้า ซึ่งครอบคลุมทั้งมาตรฐานการนำไปใช้และการทดสอบในมาตรฐาน ASTM หนึ่งกลุ่ม สามารถระบุชนิดโลหะที่เหมาะสมได้ตรงตามสัญลักษณ์ SAE หรือ AISI ได้ต่อไป

-         มาตรฐานจากญี่ปุ่น กำหนดด้วยอักษรย่อ JIS (Japanese Industrial Standards) นำหน้าโดยในกลุ่มของ JIS จะจำแนกชนิดโลหะตามส่วนผสมทางเคมีเป็นหลัก ซึ่งสอดคล้องกับสัญลักษณ์ SKD หรือ SCM ที่เหมาะสมต่อไป

-         มาตรฐานของเยอรมนี กำหนดด้วยอักษร DIN นำหน้า จะต่างจากมาตรฐานของอเมริกาและญี่ปุ่น คือหมายเลข DIN (Deutsche Industrie Normen หรือ German Industrial Standards) จะกำหนดชนิดโลหะที่มีการใช้งานและส่วนผสมทางเคมีโดยเฉพาะเพียงชนิดเดียว เทียบเท่าการกำหนดชนิดโลหะ ต่างกันเพียงที่หมายเลขที่ตามหลังตัวอักษร DIN มักจะไม่สื่อถึงลักษณะใดของโลหะชนิดนั้นเลย ซึ่งในการใช้งานโลหะมาตรฐานจากเยอรมนี จำเป็นต้องมีตำราของเยอรมันเพื่อตรวจสอบประกอบ โดยเฉพาะกลุ่มเหล็กกล้าพิเศษ (Special steels)

-         มาตรฐานจากอังกฤษ กำหนดด้วยอักษร BS (British Standards)

      ประเทศที่สามารถกำหนดสัญลักษณ์เพื่อระบุมาตรฐานทางโลหะชนิดต่างๆ ล้วนเป็นประเทศที่มีอุตสาหกรรมผลิตโลหะกึ่งสำเร็จรูปขนาดใหญ่ (ได้แก่ Semi-finished products, rod steels หรือ steel making) ซึ่งต่างจากอุตสาหกรรมผลิตวัตถุดิบในประเทศไทย ที่ส่วนใหญ่เป็นการหลอมจากเตาขนาดกลางและเล็ก การปรับปรุงส่วนผสมทางเคมี และการควบคุมคุณภาพจากเตาหลอมขนาดใหญ่และผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณมาก สามารถทำได้อย่างสม่ำเสมอมากกว่า

      การที่แต่ละประเทศในโลกสามารถผลิตวัตถุดิบด้วยโลหะที่มีส่วนผสมทางเคมี สมบัติ และ วัตถุประสงค์ในการใช้งานใกล้เคียงกัน ทำให้ตลาดวัตถุดิบของอุตสาหกรรมโลหะ ประกอบด้วยโลหะที่ผลิตจากแหล่งผลิตที่หลากหลาย ในที่นี้จะขอแนะนำประเทศที่มีอุตสาหรรมผลิตวัตถุดิบทางโลหกรรมหรืออุตสาหกรรมการผลิตเหล็กกล้า (steel-making industry) ที่จักว่าใหญ่ในแต่ละส่วนของโลก เพื่อให้ทราบว่ามีเหล็กกล้ากึ่งสำเร็จรูป (semi-finished product) จำหน่ายอยู่ในประเทศไทย ในราคาที่แตกต่างกันไป

-         แถบทวีปเอเชีย ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศญี่ปุ่น จีน และเกาหลีใต้ เป็นต้น

-         แถบทวีปยุโรปตะวันออก ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศรัสเซียและโรมาเนีย เป็นต้น

-         แถบทวีปยุโรปตะวันตก ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศเยอรมนีและอังกฤษ เป็นต้น

-         แถบทวีปอเมริกา ได้แก่ วัตถุดิบจากประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นหลัก

     ส่วนประเทศไทยนั้น มีผู้ประกอบการจำนวนไม่น้อย (ระดับกลางและย่อม) ได้ทำการกำหนด “มาตรฐานเหล็กกล้าของไทย” ซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายพอสมควร “มาตรฐาน” ดังกล่าวนี้ กำหนดขึ้นจากรูปแบบการใช้งานและผลิตภัณฑ์เป็นหลัก โดยใช้สีเป็นสัญลักษณ์ ได้แก่ เหล็กหัวแดง เหล็กหัวฟ้า หรือเหล็กเพลาขาว เป็นต้น ซึ่งส่วนผสมทางเคมีในแต่ละกลุ่ม มิได้กำหนดไว้อย่างแน่นอน แต่สามารถระบุกลุ่มที่ใกล้เคียงกันได้ และสามารถอ้างอิงได้ใกล้เคียงมาตรฐานเหล็กกล้าของอเมริกาหรือญี่ปุ่นบางเกรดได้เช่นกัน

     ประเด็นสำคัญที่พึงระลึกไว้เสมอก็คือ ตารางแสดงการเปรียบเทียบโลหะระหว่างมาตรฐานหนึ่งไปสู่อีกมาตรฐานหนึ่ง เป็นเพียงการอ้างอิงถึงบางกลุ่ม บางเกรด และบางชนิดของโลหะ ที่ใกล้เคียงกันพอสมควรเท่านั้น ผู้ที่จำเป็นต้องใช้งานสามารถสืบค้นตารางเปรียบเทียบได้จากหนังสืออ้างอิงมาตรฐานต่างๆ เช่น มาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น (JIS) เช่น เล่มที่เกี่ยวกับ Ferrous Metallurgy หนังสือรวมมาตรฐานการเปรียบเทียบระหว่างเกรดเหล็กกล้า และตัวแทนจำหน่ายเหล็กและเหล็กกล้าของประเทศเยอรมนี (STAHLSCHLÜSSLE) ซึ่งจะเรียบเรียงไว้ค่อนข้างละเอียด และสามารถค้นคว้าได้ง่าย

     สำหรับตารางเปรียบเทียบค่าความแข็งและความต้านทานแรงดึงของเหล็ก เป็นตารางที่ช่วยในการทำนายสมบัติทางด้านความต้านทานแรงดึงของโลหะได้ด้วยการทดสอบความแข็ง หรือเปรียบเทียบค่าความแข็งจากหน่วยหนึ่งไปอีกหน่วยหนึ่งได้ เนื่องจากข้อกำหนดในการทดสอบความแข็งขอบแต่ละแห่ง เช่น ผู้ผลิตรายหนึ่งต้องการตรวจสอบความแข็งของโลหะที่มีค่ามาตรฐานเป็น HRA (Hardness Rockwell Scale A) แต่ในทางปฏิบัติ เครื่องทดสอบความแข็งที่มี สามารถบอกหน่วยเป็น BHN (Brinell Hardness Number) ได้เพียงอย่างเดียว รวมถึงชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ไม่สามารถทดสอบแรงดึงได้ แต่จำเป็นต้องทราบเพื่ออ้างอิงไปสู่ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ ก็สามารถทดสอบเฉพาะความแข็งและเทียบไปสู่ค่าความต้านทานแรงดึงโดยระบุในตารางดังกล่าวได้ ส่วนค่าที่อยู่ระหว่างจำนวนที่ระบุไว้แต่ไม่ปรากฏในตาราง ก็สามารถหาได้ด้วยการใช้บัญบัติไตรยางค์

      การเลือกหน่วยความแข็งเฉพาะสำหรับโลหะบางชนิดก็มีส่วนสำคัญในการทดสอบ เนื่องจากหน่วยทดสอบความแข็งแต่ละหน่วยจะมีช่วงความแข็งของโลหะที่เหมาะสมต่างกัน เช่น HRC (Hardness Rockwell Scale C) จะมีค่าความแข็งในช่วงที่สูงมาก ในขณะที่ HRB (Hardness Rockwell Scale B) จะมีช่วงความแข็งที่ต่ำ ทำให้การเปรียบเทียบค่าความแข็ง HRC ในช่วงสูง ไม่สามารถเปรียบเทียบเป็น HRB ได้ เป็นต้น ซึ่งในตารางได้ระบุช่วงของค่าความแข็งที่เหมาะสมไว้แล้ว จึงหมายความว่า ค่าที่ไม่แสดงในตารางของหน่วยความแข็งหนึ่ง จัดเป็นค่าที่ไม่สามารถยอมรับได้ในการตรวจสอบนั่นเอง

     สาเหตุที่ตารางเปรียบเทียบค่าความแข็งและความต้านทานแรงดึงถูกกำหนดให้ใช้ได้เฉพาะกับเหล็กกล้าเท่านั้น เนื่องมาจากความสม่ำเสมอในโครงสร้างจุลภาค หากท่านผู้อ่านมีความคุ้นเคยในเรื่องโครงสร้างจุลภาคของโลหะ จะสังเกตพบว่า ถ้าเหล็กไม่ได้ผ่านขบวนการชุบผิวแข็ง (Surface hardening treatment) โครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้ามักจะมีความสม่ำเสมอ ทั้งในรูปของการเป็นเมทริกซ์ (matrix) ชนิดเดียว หรือมีเมทริกซ์ชนิดผสม เช่น เพอริโต-เฟอริติก (pearito-ferritic) เป็นต้น ซึ่งทำให้การทดสอบสมบัติ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง โดยการสุ่ม ตัวเลขที่ได้จะสามารถยอมรับถึงค่าตัวแทนของสมบัติโลหะได้ แต่ในทางกลับกัน โลหะผสมนอกกลุ่มเหล็กส่วนใหญ่หรือแม้แต่เหล็กหล่อ ซึ่งไม่สามารถใช้ตารางอ้างอิงดังกล่าวได้ มักจะปรากฏโครงสร้างจุลภาคที่ประกอบด้วยเมทริกซ์และเฟสต่างๆ เสมอ โดยการปรากฏเฟสขนาดเล็กในโครงสร้างจุลภาคก่อให้เกิดความไม่สม่ำเสมอ ทำให้การทดสอบไม่สามารถอ้างอิงค่าตัวเลขที่แท้จริงดังกล่าวได้

ข้อมูลอ้างอิง : วิศวกรรมย้อนรอย (ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ)
วิสัยทัศน์ : คุณธนาภรณ์ โกราษฎร์