สูตรทางเคมีของเหล็กคืออะไร?

เมื่อบางคนนึกถึงเหล็กกล้า พวกเขาอาจนึกภาพตึกระฟ้าที่ประกอบขึ้นโดยใช้คานตรึงขนาดใหญ่ ขณะที่คนอื่นๆ อาจนึกภาพร่างกายและเครื่องยนต์ของรถคลาสสิกในงานแสดงรถยนต์ อันที่จริง เหล็กมีอยู่หลายอย่างที่ผู้คนใช้ทุกวัน การทำความเข้าใจองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กนั้นมีประโยชน์ในการพิจารณาว่าควรใช้เหล็กประเภทใด รวมทั้งในการใช้งานประเภทใด เนื่องจากเหล็กเป็นส่วนผสมมากกว่าสารประกอบทางเคมี จึงไม่มีสูตรสารประกอบทางเคมีที่กำหนดไว้ เมื่อคุณกำลังมองหาเหล็กชนิดที่เหมาะสมต่อการใช้งาน สารเติมแต่งจะเป็นตัวกำหนดว่าเหล็กชนิดใดเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์ของคุณ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

เหล็กเป็นส่วนผสมของเหล็กและคาร์บอนที่หลอมรวมกับโลหะหรืออโลหะอย่างน้อยหนึ่งชนิด เนื่องจากเหล็กเป็นส่วนผสมมากกว่าสารเคมี เหล็กจึงไม่มีสูตรผสมทางเคมีที่กำหนดไว้ หลักการตั้งชื่อเหล็กขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเหล็ก—สิ่งที่ผสมกับเหล็ก—เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กทังสเตน

เหล็กเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยาปานกลางซึ่งมีแนวโน้มที่จะรวมตัวทางเคมีกับอโลหะ เช่น ออกซิเจนและคาร์บอน เมื่อมีการขุดแร่หรือพบธาตุเหล็กในธรรมชาติ โดยทั่วไปจะพบว่าเป็นแร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เมื่อแร่เหล็กถูกให้ความร้อนต่อหน้าตัวรีดิวซ์ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ มันจะผลิตเหล็กที่เป็นโลหะ จากที่นั่น เหล็กได้รับการขัดเกลาเพิ่มเติมเพื่อสร้างโลหะผสมระหว่างเหล็กกับคาร์บอนที่สามารถใช้ทำวัสดุที่เรารู้จักว่าเป็นเหล็กได้

โลหะผสมเหล็กคาร์บอนเป็นวัสดุฐานของเหล็ก สัดส่วนของคาร์บอนในโลหะผสมมักจะอยู่ที่ประมาณ 0.15 ถึง 0.30 เปอร์เซ็นต์ และเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงและความเหนียวเบื้องต้น – ความสามารถในการดึงเข้าไปในลวดหรือทำงาน – ของโลหะผสม เมื่อโลหะผสมมีสัดส่วนของคาร์บอนมากขึ้น เหล็กก็จะแข็งแกร่งขึ้น อย่างไรก็ตาม มีความเหนียวน้อยกว่าโลหะผสมคาร์บอนต่ำ

หลังจากที่โลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนได้รับการขัดเกลาให้มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อเหล็กที่ต้องการแล้ว อาจมีการเพิ่มวัสดุเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มคุณสมบัติของโลหะผสมเหล็กขั้นสุดท้าย ตัวอย่างเช่น ถ้าโลหะผสมขั้นสุดท้ายเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม โครเมียมและแมงกานีสจะถูกเพิ่มลงในส่วนผสม

แม้ว่าเหล็กบางรูปแบบ เช่น เหล็กอ่อน อาจประกอบด้วยเหล็กและคาร์บอน แต่องค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญหลายอย่างถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเหล็กเกรดโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น แมงกานีสและไนโอเบียมถูกใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับเหล็ก ในขณะที่โครเมียม นิกเกิล หรือทองแดงถูกเติมเข้าไปเพื่อลดความไวต่อการเกิดสนิมและการกัดกร่อนของเหล็ก ในทำนองเดียวกัน อาจเพิ่มโมลิบดีนัม วานาเดียม ทังสเตน หรือไททาเนียม เพื่อปรับปรุงลักษณะอื่นๆ ของเหล็กเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ เหล็กอาจถูกแปรรูปเพิ่มเติมโดยการป้องกันสนิมโดยใช้การชุบสังกะสี (เคลือบด้วยสังกะสี บ่อยครั้งโดยการแช่ เป็นสังกะสีหลอมเหลว) หรือชุบด้วยไฟฟ้า (เคลือบวัสดุบนพื้นผิวโดยใช้ไฟฟ้า ปัจจุบัน).