คุณสมบัติของสแตนเลส
สแตนเลสเกรด 304l,304,316,316l,420,420j2, 310,310s,304,304l,431,440c,416, 430,630,
17-4ph, Duplex 2205,2507, 3cr12
หล็กกล้าไร้สนิม หรือ สเตนเลส (อังกฤษ: Stainless steel) นั้น ในทางโลหกรรมถือว่า เป็นโลหะผสมเหล็ก ที่มีโครเมียมอย่างน้อยที่สุด 10.5% ชื่อในภาษาไทย แปลจากภาษาอังกฤษว่า stainless steel เนื่องจากโลหะผสมดังกล่าวไม่เป็นสนิมที่มีสาเหตุจากการทำปฏิกิริยากันระหว่าง ออกซิเจนในอากาศกับโครเมียมในเนื้อสเตนเลส เกิดเป็นฟิล์มบางๆ เคลือบผิวไว้ ทำหน้าที่ปกป้องการเกิดความเสียหายให้กับตัวเนื้อสเตนเลสได้เป็นอย่างดี ปกป้องการกัดกร่อน และไม่ชำรุดหรือสึกกร่อนง่ายอย่างโลหะทั่วไป สำหรับในสหรัฐอเมริกาและในหลายประเทศ
โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการบิน นิยมเรียกโลหะนี้ว่า corrosion resistant steel เมื่อไม่ได้ระบุชัดว่า เป็นโลหะผสมชนิดใด และคุณภาพระดับใด แต่ในท้องตลาดเราสามารถพบเห็น สเตนเลสเกรด 18-8 มากที่สุด ซึ่งเป็นการระบุถึง ธาตุที่เจือลงในในเนื้อเหล็กคือ โครเมียมและ นิเกิล ตามลำดับ สแตนเลสประเภทนี้จัดเป็น Commercial Grade
คือมีใช้ทั่วไปหาซื้อได้ง่าย มักใช้ทำเครื่องใช้ทั่วไป ซึ่งเราสามารถจำแนกประเภทของสเตนเลสได้จากเลขรหัสที่กำหนดขึ้นตามมาตรฐาน AISI เช่น 304 304L 316 316L เป็นต้น ซึ่งส่วนผสมจะเป็นตัวกำหนดเกรดของสเตนเลส ซึ่งมีความต้องการในการใช้งานที่แตกต่างกันออกไป สเตนเลสกับการเกิดสนิม ปกติ Stainless steel จะไม่เป็นสนิม เพราะที่ผิวของมันจะมีฟิล์มโครเมียมออกไซด์ บางๆ เคลือบผิวอยู่อันเนื่องมาจากการทำปฏิกิริยากันระหว่าง Cr ใน Stainless steel กับ ออกซิเจนในอากาศ การทำให้ Stainless steel เป็นสนิมคือการถูกทำลายฟิล์มโครเมียมออกไซด์ ที่เคลือบผิวออกไปในสภาวะที่ Stainless steel สามารถเกิดสนิมได้ ก่อนที่ฟิล์มโครเมียมออกไซด์จะก่อตัวขึ้นมาอีกครั้งเช่น ถ้าสเตนเลสถูกทำให้เกิดรอยขีดข่วน แล้วบริเวณรอยนั้นมีความชื้น ซึ่งสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยากับธาตุเหล็กก่อนที่ฟิล์มโครเมียมออกไซด์จะก่อตัวขึ้นมา ก็จะเป็นสาเหตุให้เกิดสนิมขึ้นได้
ประเภทสแตนเลสสำเร็จรูป
สแตนเลสเส้น (Stainless Bar)
สแตนเลสเส้นกลม (Stainless Round Bar)
สแตนเลสเส้นสี่เหลี่ยม (Stainless Square Bar)
สแตนเลสเส้นหกเหลี่ยม (Stainless Hexagon Bar)
สแตนเลสเส้นฉาก 316,316l (Stainless Angle)
เส้นแบน (Stainless Flat Bar)
แผ่น (Stainless Sheet) No. 304, 316L, 430
สแตนเลสแผ่นเรียบ (Stainless steal sheet)
สแตนเลสแผ่นลายกันลื่น Checker plate stainless steel
สแตนเลสแผ่นเจาะรู
แป๊ปสแตนเลส (Stainless Pipe) No. 304, 316L, 420
แป๊ปสแตนเลสเงา (Stainless steal solid pipe)
แป๊ปสแตนเลสด้าน (Stainless steel pipe ASTM)
แป๊ปสแตนเลสด้านมีตะเข็บ
แป๊ปสแตนเลสด้านไม่มีตะเข็บ (Seamless stainless pipe)
แป๊ปสแตนเลสกลม (Round stainless pipe)
แป๊ปสแตนเลสสี่เหลี่ยม (Square stainless steal pipe)
แผ่นสแตนเลส สแตนเลสแผ่น (Stainless Sheet) - No. 304, 316L, 430
แผ่นสแตนเลสตัดขายตามต้องการ แผ่นสแตนเลสตัดขายตามขนาด แบ่งขาย
- สแตนเลสแผ่นเรียบ (Stainless Steel Sheet) แบ่งขาย
- สแตนเลสแผ่นลายกันลื่น (Checker Plate Stainless Steel)
- สแตนเลสแผ่นเจาะรู (Stainless Steel Sheet with hole)
- ชิมสแตนเลส (Spring Stainless Sheet)
สแตนเลสเส้น (Stainless Bar)
- สแตนเลสเส้นกลม (Stainless Round Bar)
- สแตนเลสเส้นสี่เหลี่ยม (Stainless Square Bar)
- สแตนเลสเส้นหกเหลี่ยม (Stainless Hexagon Bar)
เทคนิคการดัดโค้งสเตนเลสแผ่น (Bending of Stainless steels Sheet or Strip)
ความรู้พื้นฐาน - การที่จะทำให้แผ่นโลหะเปลี่ยนรูปจำเป็นต้องใช้แรงมากระทำ และแรงที่ใช้ต้องมีขนาดมากกว่าความแข็งแรงจำนน (Yield strength) ของวัสดุ ยิ่งกว่านั้นแรงที่เพิ่มเข้าไปจะต้องให้อย่างต่อเนื่องเพื่อการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร (plastic deformation) หลักปฏิบัติได้แก่ การดัดโค้ง [การดัดตรง “straight” หรือการดัดให้เป็นรูปร่าง “contour”) การปั้มขี้นรูป (“press forming” อาศัยการยึดตัวของโลหะหรือการไหลของโลหะหรือทั้งสองอย่างร่วมด้วย) แม่พิมพ์แบบหยืดหยุ่น (flexible die forming) การหมุนขึ้นรูป (spinning) อื่นๆ
(การปั้มขึ้นรูปจากแผ่นยาง “press forming” การกระแทกขึ้นรูป “bumping” การดึงยืดขึ้นรูป “stretch forming” และการทำกระเปาะขึ้นรูป “Bulging”) 2. การดัดโค้งสเตนเลส สเตนเลสเป็นโลหะที่มีคุณสมบัติการดัดโค้งได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสเตนเลสกลุ่มออสเทนิติกสามารถดัดโค้งได้อย่างง่ายดาย ส่วนชนิดเฟอร์ริติกก็มีสมบัติการดัดโค้งดีเช่นกัน แต่บางครั้งอาจเป็นเหตุให้มีสมบัติเปรอะ (brittle) มากขึ้น โดยเฉพาะกับแผ่นหนา
เทคนิคการตัดแผ่นเปล่าและการเจาะรูสเตนเลส (Stainless steels Blanking / Piercing)
เทคนิคการตัดแผ่นเปล่าและการเจาะรูสเตนเลส (Stainless steels Blanking / Piercing) 1.1 ความรู้พื้นฐาน การตัดแผ่นเปล่า (Blanking) หรือ อาจเรียกว่าการปั้มแผ่น (Punching) หมายถึง แผ่นที่ได้จากการตัดบริเวณรอบให้ขาดจากกันในขั้นตอนครั้งเดียว การเจาะ (Piercing) หรือ อาจเรียกว่า การเจาะรู (perforating) จะคล้ายกับการตัดแผ่นเปล่า (Blanking) ต่างกันตรงที่ ส่วนที่เป็นแผ่นเปล่าจะเป็นเศษทิ้ง และบริเวณโดยรอบจะเป็นชิ้นงาน 1.2 ขั้นตอนการตัดแผ่นเปล่า การเจาะ (Piercing) อาจหมายถึงรูที่มีรูปร่างเหมือนแผ่นเปล่า ปกติจะพิจรณาใน 2 ขั้นตอนการทำงาน ได้แก่ การเจาะและหลุดออก
ขั้นตอนการเจาะมี 6 ลำดับดังนี้ 1.3 ลักษณะขอบของแผ่นเปล่า ลักษณะขอบที่ได้จากแผ่นเปล่าด้วยการตัดจากเครื่องตัดแผ่นเปล่าแบบทั่วไปจะมีลักษณะไม่เรียบโดยจะมีลักษณะเป็นขอบล้มในแนวตั้ง ซึ่งเมื่อขยายภาพตรงตำแหน่งขอบจะได้ภาพดังข้างล่าง การปั้มแผ่นเปล่าขึ้นกับขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลาง และขอบเขตขนาดของแม่พิมพ์ที่ใช้ตัดแผ่นเปล่า ความลึกของใบมีดที่ตัดเข้าไปในแผ่นประมาณเท่ากับระยะของลูกกลิ้ง
คุณสมบัติของสแตนเลส (Stainless Steel)
เหล็กกล้าไร้สนิม หรือ สเตนเลส (อังกฤษ: Stainless steel) นั้น ในทางโลหกรรมถือว่า เป็นโลหะผสมเหล็ก ที่มีโครเมียมอย่างน้อยที่สุด 10.5% ชื่อในภาษาไทย แปลจากภาษาอังกฤษว่า stainless steel เนื่องจากโลหะผสมดังกล่าวไม่เป็นสนิมที่มีสาเหตุจากการทำปฏิกิริยากันระหว่าง ออกซิเจนในอากาศกับโครเมียมในเนื้อสเตนเลส เกิดเป็นฟิล์มบางๆ เคลือบผิวไว้ ทำหน้าที่ปกป้องการเกิดความเสียหายให้กับตัวเนื้อสเตนเลสได้เป็นอย่างดี ปกป้องการกัดกร่อน และไม่ชำรุดหรือสึกกร่อนง่ายอย่างโลหะทั่วไป สำหรับในสหรัฐอเมริกาและในหลายประเทศ
โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการบิน นิยมเรียกโลหะนี้ว่า corrosion resistant steel เมื่อไม่ได้ระบุชัดว่า เป็นโลหะผสมชนิดใด และคุณภาพระดับใด แต่ในท้องตลาดเราสามารถพบเห็น สเตนเลสเกรด 18-8 มากที่สุด ซึ่งเป็นการระบุถึง ธาตุที่เจือลงในในเนื้อเหล็กคือ โครเมียมและ นิเกิล ตามลำดับ สแตนเลสประเภทนี้จัดเป็น Commercial Grade คือมีใช้ทั่วไปหาซื้อได้ง่าย มักใช้ทำเครื่องใช้ทั่วไป ซึ่งเราสามารถจำแนกประเภทของสเตนเลสได้จากเลขรหัสที่กำหนดขึ้นตามมาตรฐาน AISI เช่น 304 304L 316 316L เป็นต้น ซึ่งส่วนผสมจะเป็นตัวกำหนดเกรดของสเตนเลส ซึ่งมีความต้องการในการใช้งานที่แตกต่างกันออกไป สเตนเลสกับการเกิดสนิม ปกติ Stainless steel จะไม่เป็นสนิม เพราะที่ผิวของมันจะมีฟิล์มโครเมียมออกไซด์ บางๆ เคลือบผิวอยู่อันเนื่องมาจากการทำปฏิกิริยากันระหว่าง Cr ใน Stainless steel กับ ออกซิเจนในอากาศ
การทำให้ Stainless steel เป็นสนิมคือการถูกทำลายฟิล์มโครเมียมออกไซด์ ที่เคลือบผิวออกไปในสภาวะที่ Stainless steel สามารถเกิดสนิมได้ ก่อนที่ฟิล์มโครเมียมออกไซด์จะก่อตัวขึ้นมาอีกครั้งเช่น ถ้าสเตนเลสถูกทำให้เกิดรอยขีดข่วน แล้วบริเวณรอยนั้นมีความชื้น ซึ่งสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยากับธาตุเหล็กก่อนที่ฟิล์มโครเมียมออกไซด์จะก่อตัวขึ้นมา ก็จะเป็นสาเหตุให้เกิดสนิมขึ้นได้
ค่าการนำความร้อน (Thermal conductivity)
สเตนเลสทุกชนิดจะมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนมาก สเตนเลสเกรดที่มีส่วนผสมโครเมียมอย่างเดียว (plain chromium steel) มีค่าการนำความร้อน +_1/3 และเกรดออสเทนนิติกมีค่าการนำความร้อน +_1/4 ของเหล็กกล้าคาร์บอน ทำให้มีผลต่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เช่นมีผลต่อการควบคุมปริมาณความร้อนเข้าระหว่างการเชื่อม, ต้องให้ความร้อนเป็นระยะเวลานานขึ้น เมื่อต้องทำงานขึ้นรูปร้อน
สัมประสิทธิ์การขยายตัว(Expansion coefficient)
สเตนเลสเกรดที่มีส่วนผสมโครเมียมอย่างเดียวมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวคล้ายกับเหล็กกล้าคาร์บอน แต่เกรดออสเทนนิติกจะมีสัมประสิทธ์การขยายตัวสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน 1½ เท่า การที่สเตนเลสมีการขยายตัวสูง แต่มีค่าการนำความร้อนต่ำทำให้ต้องหามาตรการป้องกันเพื่อหลีกเลี่ยงผลเสียหายที่ตามมาเช่น ใช้ปริมาณความร้อนในการเชื่อมต่ำ, กระจายความร้อนออกโดยใช้แท่งทองแดงรองหลัง, การจับยึดป้องกันการบิดงอ ปัจจัยเหล่านี้ต้องพิจารณาการใช้งานร่วมกันของวัสดุ เช่นท่อแลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) ระหว่างเปลือกโครงสร้างเหล็กกล้าคาร์บอน และท่อออสเทนนิติคเป็นต้น
ฟิล์มป้องกันและการสร้างฟิล์ม (Passive film)
สเตนเลสจะมีฟิล์มบางๆ ต้านทานการกัดกร่อน จำเป็นต้องรักษาความสมบูรณ์ของฟิล์มป้องกัน ดังนี้
หลีกเลี่ยงความเสียหายหรือการสัมผัสรุนแรงทางกล
ซ่อมปรับปรุงพื้นที่ที่มีผลต่อการเสียหายเช่น บริเวณที่เกิดสะเก็ดหรือคราบออกไซด์เนื่องจากอุณหภูมิสูงใกล้ๆ แนวเชื่อม, บริเวณที่เกิดความเสียหายทางกลหรือมีการเจียระไน, มีการปนเปื้อนโดยวิธีการสร้างฟิล์มป้องกัน (passivation) อย่างเดียวหรือใช้ทั้งวิธีการแช่กรดเพื่อกำจัดคราบจากออกไซด์ (pickling) หรือ การแช่กรดหรือทาน้ำยาสร้างฟิล์มออกไซด์ (passivation) ที่ผิวเหล็กกล้าสเตนเลส
แน่ใจว่า มีออกซิเจนเพียงพอและสม่ำเสมอ ที่สร้างออกไซด์ที่ผิวของ เหล็กกล้าสเตนเลสได้
การเสียหายที่ผิวเนื่องจากการเสียดสีที่ผิวโลหะกับโลหะอย่างรุนแรง (Galling /pick up / seizing)
ผิวหน้าสเตนเลสมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียหายเนื่องจากการเสียดสีอย่างรุนแรง ต้องหลีกเลี่ยงและระมัดระมัดระวัง ความเสียหายที่จะเกิดขึ้นดังกล่าวโดยสำหรับผิวหน้าที่มีการเสียดสีกันตลอดเวลา ควรใช้ Load หรือแรงเสียดสีต่ำสุด และต้องแน่ใจว่า การเสียดสีไม่สร้างความร้อนเกิดขึ้น ควรรักษาผิวสัมผัสไม่ให้มีการบดกับผงฝุ่น เม็ด ทรายฯลฯ และใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือเคลือบผิว
ประเภทของสแตนเลส
คนโดยทั่วไปจะไม่ทราบว่า สเตนเลสมีกี่ประเภท และมักจะมีการเข้าใจผิดว่า สเตนเลสแท้ต้องแม่เหล็กดูดไม่ติด แต่จริงๆ แล้วการที่แม่เหล็กจะดูดติดหรือไม่ติดนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของสเตนเลส สเตนเลสแบ่งออกเป็นกลุ่มพื้นฐาน ได้ 5 กลุ่มคือ ออสเทนนิติค, เฟอริติค, ดูเพล็กซ์, มาร์เทนซิติค และ กลุ่มเพิ่มความแข็งโดยวิธีการตกผลึก
กลุ่มออสเทนนิติค (Austenitic) หรือสเตนเลสตระกูล 300 เป็นเกรดที่ใช้งานแพร่หลายมากที่สุดถึง 70%
มีคุณสมบัติที่แม่เหล็กดูดไม่ติด (non – magnetic) มีส่วนผสมของโครเมียม 16% คาร์บอนอย่างมากที่สุด 0.15% มีส่วนผสมของธาตุนิกเกิล 8% เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติในการทำการประกอบ(Fabrication)และเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน เกรดที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายและนิยมเรียก 18/10 คือการที่มีส่วนผสมของโครเมียม 18% และนิกเกิล 10%
กลุ่มเฟอริติค (Ferritic) แม่เหล็กดูดติด(magnetic) มีธาตุคาร์บอนผสมปริมาณที่ต่ำ และมีโครเมียมเป็นธาตุผสมหลักที่สำคัญอาจอยู่ระหว่าง 10.5%-27% และมีนิกเกิ้ลเป็นส่วนผสมอยู่น้อยมากหรือไม่มีเลย
กลุ่มมาร์เทนซิติค (Martensitic) แม่เหล็กดูดติด(magnetic) มีส่วนผสมของโครเมียม 12-14% และมีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ปานกลาง มีโมลิบดีนัมเป็นส่วนผสมอยู่ประมาณ 0.2-1% ไม่มีนิกเกิล
สเตนเลสตระกูลนี้สามารถปรับความแข็งได้โดยการให้ความร้อนแล้วทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว (Quenching)และอบคืนตัว (Tempering) สามารถลดความแข็งได้ คล้ายกับเหล็กกล้าคาร์บอน และพบการใช้งานที่สำคัญในการผลิตเครื่องตัด, อุตสาหกรรมเครื่องบินและงานวิศวกรรมทั่วไป
กลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกผลึก (Precipitation hardening)เกรดที่เป็นที่รู้จักในตระกูลนี้ คือ 17-4H ซึ่งมีส่วนผสมของโครเมียม 17% และนิกเกิล 4% สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้โดยกลไกเพิ่มความแข็งจากการตกผลึก (Precipitation hardening mechanism) โดยสามารถเพิ่มความแข็งแรงสูงมาก มีค่าความเค้นพิสูจน์ (Proof stress) อยู่ระหว่าง 1,000 ถึง 1,500 เมกาปาสคาล (MPa) ขึ้นอยู่กับชนิดและกรรมวิธีปรับปรุงคุณสมบัติด้วยความร้อน (Heat treatment)
กลุ่มดูเพล็กซ์ (Duplex) มีโครงสร้างผสมระหว่าง โครงสร้างเฟอริติค และออสเทนนิติค มีโครเมียมเป็นธาตุผสมอยู่ระหว่าง 19-28% และโมลิบดินัมสูงกว่า 5% และมีนิกเกิลน้อยกว่าตระกูลออสเทนนิติค พบว่า มีการใช้งานมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในบรรยากาศแวดล้อมของคลอไรด์
สเตนเลสแบ่งออกได้เป็น 4 กลุ่มหลัก (อีกนิยามหนึ่ง)
1.MARTENSITIC เป็นกลุ่มที่มีส่วนผสมของโครเมี่ยม (Cr) ระหว่าง 12 - 18% โดยมีเกรด 403, 410, 414,416, 420, 431, 416, 440A/B/C, 501 และ 502 คุณสมบัติหลักคือ สามารถชุบแข็งได้ ซึ่งส่งผลให้เนื้อสเตนเลสมีความแข็งแกร่งมากและทนต่อการเสียดสีได้ดี จึงเหมาะกับงานทำชิ้นส่วนเครื่องมือ เครื่องจักร แต่แม่เหล็กสามารถดูดติดได้
2.FERRITIC เป็นกลุ่มที่มีโครเมี่ยม (Cr) อยู่ระหว่าง 12 - 18% และมีคาร์บอน (C) น้อยกว่า 0.2% สเตนเลสในกลุ่มนี้มีราคาถูกที่สุด ไม่สามารถรีดให้แข็งขึ้นได้ แม่เหล็กดูดติด และไม่สามารถชุบแข็งได้ มีโอกาสเป็นสนิมได้ง่ายกว่ากลุ่มอื่น หากใช้งานในสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม จึงนิยมนำมาใช้งาน บางชนิดที่ไม่สัมผัสกับกรดโดยตรง เช่น ฝอยขัดหม้อ ลวดรัดสายไฟฟ้า โครงโต๊ะวางเตาแก๊ส เกรดในกลุ่มนี้มี 405, 430, 442 และ 446
3.AUSTENITIC เป็นกลุ่มที่นิยมใช้กันมากที่สุด โดยมีโครเมียม (Cr) 10.5 -24% เมื่อเพิ่มนิเกิ้ล (Ni) จะทำให้สเตนเลสมีคุณสมบัติทนต่อสนิมและการกัดกร่อนได้ดี สามารถเพิ่มความแข็งด้วยการรีดเย็นได้ แม่เหล็กดูดไม่ติด แต่ไม่สามารถชุบแข็งได้ เกรดในกลุ่มนี้มี 201, 202, 301, 302, 303, 304, 305, 308, 309, 310, 314, 316, 347 และ 348
4.DUPLEX เป็นกลุ่มที่ผสมกันระหว่า AUSTENITIC และ FERRITIC ซึ่งนำข้อดีของทั้งสองกลุ่มมารวมกันเพื่อวัตถุประสงค์ของการใช้งานเฉพาะเจาะจงบางประเภท ซึ่งไม่ค่อยมีการผลิตมากนัก
ผิวของสเตนเลสNo.1- รีดร้อนหรือรีดเย็น / อบอ่อน หรือปรับปรุงด้วยความร้อน คราบออกไซด์ไม่ได้ขจัดออก / ใช้งานในสภาพที่รีดออกมาโดยทั่วไปจะใช้งานที่ทนความร้อน
2D- สภาพผิว 2D หลังจากการรีดเย็นโดยลดความหนาลง ผ่านการอบอ่อนและการกัดผิวโดยกรดลักษณะผิวสีเทาเงินเรียบ
2B- ผิว 2D ที่ผ่านลูกรีดขนาดใหญ่กดทับปรับความเรียบ เพิ่มความเงาผิวเงาสะท้อนปานกลาง ผลิตโดยวิธีการรีดเย็น ตามด้วยการอบนำอ่อนขจัดคราบออกไซด์ และนำไปรีดเบาๆ ผ่านไปยังลูกกลิ้งขัด ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปของการรีดเย็น ผิวที่ได้ส่วนมากจะอยู่ในระดับ 2B
BA-ผ่านกระบวนการรีดเย็นโดยความหนาลดลงทีละน้อยๆ ผ่านการอบอ่อนด้วยก๊าซไฮโดรเจน เพื่อป้องกันกันการออกซิเดชั่นกับออกซิเจนในอากาศ ผิวมันเงา สะท้อนความเงาได้ดี ผิวผลิตภัณฑ์สเตนเลสจะกระทำด้วยวิธีนี้ ซึ่งจะมีเครื่องหมาย BA หรือ No.2BA, A ซึ่งผิวอบอ่อนเงา จะมีลักษณะเงากระจก ซึ่งเริ่มต้นจากการรีดเย็น อบอ่อนในเตาควบคุมบรรยากาศ ผิวเงาที่เห็นจะเป็นการขัดผิวด้วยลูกกลิ้งขัดผิว หรือเจียรนัยผิวตามเกรดที่ต้องการ ผิวอบอ่อนเงาส่วนมากจะใช้กับงานสถาปัตยกรรม ที่ต้องการผิวสะท้อน ผิวอบอ่อนสีน้ำนมจะไม่สะท้อนแสงเหมือนกับ No.8 จะใช้กับงานที่เป็นขอบ ชิ้นส่วนทางสถาปัตยกรรม ภาชนะในครัว อุปกรณ์ในกระบวนการผลิตอาหาร
No.4, Hair Line- สภาพผิว 2B ที่ผ่านการจัดถูด้วยกระดาษทรายเบอร์ 120-220 โดยค่าความหยาบขึ้นอยู่กับแรงกด, ขนาดของอนุภาคเม็ดทราย และระยะเวลาการใช้งานของกระดาษทราย ผิว No.4 เป็นสภาพผิวที่สนองต่อการนำไปใช้งานทั่วไป เช่นร้านอาหาร อุปกรณ์เครื่องใช้ในครัว อุปกรณ์รีดนม
No.8- สภาพผิว 2B, BA ขัดด้วยผ้าขัดอย่างละเอียดมากขั้นตามลำดับ เช่น #1000, ผ้าขนสัตว์ โดยมีผงขัดอะลูมิเนียมและโครเมียมออกไซด์ ผิว No.8 ส่วนมากจะเป็นผิวเงาสะท้อนคล้ายกระจกเงา ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่จะเป็นสเตนเลสชนิดแผ่นโดยผิวจะถูกขัดด้วยเครื่องขัดละเอียด นำไปใช้กับงานตก แต่งทางด้านสถาปัตยกรรม และงานที่เน้นความสวยงาม
ผลของกรรมวิธีทางความร้อนต่อสมบัติเชิงกลของสเตนเลส AISI304 (Effect of Heat Treatment Temperature on Mechanical Properties of the AISI 304 Stainless Steel)
สเตนเลสกลุ่มออสเทนไนท์มีความไวต่ออุณหภูมิสูงช่วง 470-750 oC เนื่องจากการตกผลึกของคาร์ไบด์ที่ขอบเกรน การตกผลึกตรงขอบเกรนสามารถทำให้เกิดอันตรายต่อสมบัติต้านทานการกัดกร่อนรอบขอบเกรน และลดความแข็งแรงดึง (tensile) ของวัสดุ เฉพาะอย่างยิ่งความแข็งแรงและความเหนียว รายงานชิ้นนี้จะประเมินจุดเหมาะสมของกรรมวิธีทางความร้อนสำหรับแนวทางการอบอ่อนของสเตนเลส AISI304 หลังการกระตุ้น (sensitization) มาตรฐานชิ้นงานทดสอบแรงดึงและความแข็งจัดเตรียมโดยเครื่องกลึงความแม่นยำสูง
ชิ้นงานเหล่านี้ผ่านกรรมวิธีทางความร้อนหลายขั้นตอน ประกอบด้วยการกระตุ้นที่ 660 oC ตามด้วยการเป่าให้เย็นด้วยลม จากนั้นนำไปอบอ่อนที่อุณหภูมิแตกต่างกันห้าแบบ 1010 oC 1050 oC 1090 oC 1140 oC 1190 oC ตามด้วยการชุปแข็งในน้ำ (water Quenching) ชิ้นงานเหล่านนี้จะนำไปทดสอบสมบัติเชิงกลด้าน ความแข็งและแรงดึง อิทธิพลของกระบวนการทางความร้อนและอุณหภูมิต่อสมบัติเชิงกลของชิ้นงาน 304 ทั้งชิ้นงานตั้งต้น (as-received) หลังกระตุ้น (sensitized) และหลังอบอ่อน (solution annealed) จะถูกประเมิน การสอบสวนเผยให้เห็นถึงชิ้นงานที่ผ่านการกระตุ้นให้ค่าความแข็งสูงสุดที่ 660 oC ขณะที่ค่าความแข็งสูงสุดไปถึงอุณหภูมิ 1090 oC สำหรับการอบอ่อนสเตนเลส 304 อุณหภูมินี้พบว่า ดีที่สุดในการป้องกันเกรนโตในการอบอ่อนสเตนเลส 304
ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับสแตนเลส
สเตนเลสเริ่มคิดค้นขึ้นในต้นศตวรรษที่ 20[1] อันเนื่องจากการใช้เหล็กกล้าคาร์บอนเริ่มมีข้อจำกัดต่อบรรยากาศที่มีการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชั่นสูง[2] ในเดือนสิงหาคม 1913 เฮนรี่ แบร์เลย์ (Harry Brearley) ใน เซฟฟิลด์ (Sheffield อังกฤษ) ได้หลอมสเตนเลสขึ้นครั้งแรกที่มีโครงสร้างจุลภาคเป็นมาร์เทนไซด์จากส่วนผสมของคาร์บอน 0.24% และโครเมียม 12.8%[3] อย่างไรก็ตาม สทรัสส์และเมาเรอร์ (Strauss and Maurer) ในเยอรมันได้ผลิตเกรดออสเทนไนท์ขึ้นครั้งแรกในปีเดียวกันโดยเพิ่มสารเสถียรอย่าง นิกเกิล ยิ่งกว่านั้นในอังกฤษ แดนซิทเซน (Dansitzen)
ได้ทำการวิเคราะห์ผลงานของแบร์เลย์แล้วทำการทดลองด้วยส่วนผสมคาร์บอนต่ำ นำไปสู่การค้นพบสเตนเลสโครงสร้างเฟอร์ไรด์[4] ปกติ สเตนเลสเกรดออสเทนไนท์ มาร์เทนไซด์และเฟอร์ไรด์ ได้ค้นพบตั้ง แต่ก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง[5]ทุกวันนี้เมื่อพิจารณาโลกที่ร้อนขึ้น มลภาวะด้านสิ่งแวดล้อม และวงจรต้นทุน ความต้องการวัสดุที่มีคุณค่าทำให้มีการเพิ่มการผลิตสเตนเลสขึ้นอย่างต่อเนื่อง เหล็กกล้าผสมคาร์บอนมีการผลิตอย่างกว้างขวาง ประมาณการณ์ราว 2% เป็นสเตนเลส[1] สเตนเลสกลุ่มออสเทนไนด์เนื่องจากมีความต้านทานกัดกร่อนยอดเยี่ยม สมบัติเชิงกลที่ดี และ เชื่อมประสานได้ดี จึงมีการใช้งานในอุตสาหกรรมผลิตน้ำมัน แก๊สและพลังงาน[4,6,7]
ส่วนผสมทางเคมีในสัดส่วนของ แต่ละองค์ประกอบ และการตรวจวัดช่วงอุณหภูมิที่ใช้สำหรับสเตนเลสออสเทนไนติกในการทำกรรมวิธีทางความร้อนที่อุณหภูมิห้อง[8] เฟรสของออสเทนไนท์เป็นสารละลายของแข็งอิ่มตัว ซึ่งไม่สามารถมีปริมาณคาร์บอนสูงเกิน 0.006 wt% ในสภาวะสมดุล อย่างไรก็ตาม สเตนเลสออสเทนไนท์หากมีคาร์บอนประมาณ 0.05% เมื่ออยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูงจะก่อให้เกิดการตกผลึกแข็งของคาร์ไบด์ โดยปกติอยู่ในรูปของโครเมียมคาร์ไบด์ในสเตนเลสกลุ่ม 300[9,10] การตกผลึกแข็งของคาร์ไบด์อาจเป็นอันตรายต่อความต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนและลดสมบัติแรงดึงขอสเตนเลส โดยเฉพาะความแข็งแรงและความเหนียว[11]
สมบัติเชิงกลของออสเทนไนติกสเตนเลสจะรุนแรงมากแค่ไหนขึ้นกับส่วนผสมทางเคมี กรรมวิธีทางความร้อนและปริมาณการแปรรูปเย็น อย่างไรก็ตาม ความไวต่อความเปราะของไฮโดรเจน (hydrogen embrittlement, sensitization) ความแตกต่างของโครงสร้างคาร์ไบท์และเฟรสซิกม่าอาจนำไปสู่ผลกระทบต่อสมบัติเชิงกลได้[34] ในออสเทนไนติกสเตนเลส การเพิ่มส่วนผสมจะเพิ่มจำนวนตาข่ายผลึก (lattice parameters) ของออสเทนไนท์ ซึ่งเป็นฟังค์ชั่นของเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมของสะสารที่ใส่เข้าไป การเปลี่ยนแปลงของตาข่ายออสเทนไนท์ส่งผลให้เกิดความเครียดในตาข่ายของออสเทนไนท์พร้อมกับทำให้ค่าความแข็งแรงจำนนเพิ่มขึ้น เพื่อเพิ่มการต้านทานความบกพร่องจากการเลื่อนไถลของอะตอม (dislocation glide)[9,6] ในเหล็กกล้าที่มีความอ่อนไหว เมื่อโดนแรงกระทำ จะเกิดการแตกขยายผ่านตามของเกรน ทำให้เกิดความเสียหายเร็วขึ้นและส่วนใหญ่เกิดความเสียหายก่อนอันควรกับโครงสร้างทางวิศวกรรม[12]
เพื่อที่จะป้องกันการตกผลึกเป็นคาร์ไบด์ M2C บริเวณขอบเกรน (grain boundaries) การเติมสะสารอย่าง Ti และ Nb ในสเตนเลสจึงจำเป็น[9,11] ยิ่งกว่านั้น ยังมีรายการช่วงเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของสเตนเลสหลังการทำกรรมวิธีทางความร้อนไม่เกิน 1100 0C ตามด้วยการชุปแข็งในน้ำ สังเกตุได้ว่า อุณหภูมิของการทำออสเทนไนท์ได้สูงถึง 1100 0C สนับสนุนให้เกิดการสลายของคาร์ไบท์และทำให้โครเมียมมีมากขึ้น (Cr Enrichment)
ในเมทริก[13] การละลายนี้ช่วยเพิ่มการคงอยู่ของโครงสร้างเฟรสออสเทนไนท์ในสเตนเลส ซึ่งส่งผลต่อสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนดีขึ้น[14] ถึงแม้ว่า การศึกษาก่อนหน้านี้ได้ค้นพบอิทธิพลของความต้านทานการกัดกร่อนของสเตนเลสที่มีความอ่อนไหวภายหลังการทำกรรมวิธีทางความร้อน แต่การจำกัดสังเกตุจากเป้าหมายการทำกรรมวิธีทางความร้อนที่ดีที่สุดสำหรับการอบบอ่น AISI 304 เพื่อดูทั้งค่าความแข็ง ควมแข็งแรงจำนน ความแข็งแรงสูงสุด และความเหนียวหลังเกิดการกระตุ้น (เซนซิไทเชชั่น) จุดประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้ เพื่อที่จะประเมินหาความเหมาะสมที่ดีที่สุดของอุณหภูมิในการทำกรรมวิธีทางความร้อนสำหรับการอบอ่อนสเตนเลส AISI 304
ค่าการนำความร้อน (Thermal conductivity)
สเตนเลสทุกชนิดจะมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนมาก สเตนเลสเกรดที่มีส่วนผสมโครเมียมอย่างเดียว (plain chromium steel) มีค่าการนำความร้อน +_1/3 และเกรดออสเทนนิติกมีค่าการนำความร้อน +_1/4 ของเหล็กกล้าคาร์บอน ทำให้มีผลต่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เช่นมีผลต่อการควบคุมปริมาณความร้อนเข้าระหว่างการเชื่อม, ต้องให้ความร้อนเป็นระยะเวลานานขึ้น เมื่อต้องทำงานขึ้นรูปร้อน
สัมประสิทธิ์การขยายตัว(Expansion coefficient)
สเตนเลสเกรดที่มีส่วนผสมโครเมียมอย่างเดียวมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวคล้ายกับเหล็กกล้าคาร์บอน แต่เกรดออสเทนนิติกจะมีสัมประสิทธ์การขยายตัวสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน 1½ เท่า การที่สเตนเลสมีการขยายตัวสูง แต่มีค่าการนำความร้อนต่ำทำให้ต้องหามาตรการป้องกันเพื่อหลีกเลี่ยงผลเสียหายที่ตามมาเช่น ใช้ปริมาณความร้อนในการเชื่อมต่ำ, กระจายความร้อนออกโดยใช้แท่งทองแดงรองหลัง, การจับยึดป้องกันการบิดงอ ปัจจัยเหล่านี้ต้องพิจารณาการใช้งานร่วมกันของวัสดุ เช่นท่อแลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) ระหว่างเปลือกโครงสร้างเหล็กกล้าคาร์บอน และท่อออสเทนนิติคเป็นต้น
ฟิล์มป้องกันและการสร้างฟิล์ม (Passive film)
สเตนเลสจะมีฟิล์มบางๆ ต้านทานการกัดกร่อน จำเป็นต้องรักษาความสมบูรณ์ของฟิล์มป้องกัน ดังนี้
หลีกเลี่ยงความเสียหายหรือการสัมผัสรุนแรงทางกล
ซ่อมปรับปรุงพื้นที่ที่มีผลต่อการเสียหายเช่น บริเวณที่เกิดสะเก็ดหรือคราบออกไซด์เนื่องจากอุณหภูมิสูงใกล้ๆ แนวเชื่อม, บริเวณที่เกิดความเสียหายทางกลหรือมีการเจียระไน, มีการปนเปื้อนโดยวิธีการสร้างฟิล์มป้องกัน (passivation) อย่างเดียวหรือใช้ทั้งวิธีการแช่กรดเพื่อกำจัดคราบจากออกไซด์ (pickling) หรือ การแช่กรดหรือทาน้ำยาสร้างฟิล์มออกไซด์ (passivation) ที่ผิวเหล็กกล้าสเตนเลส
แน่ใจว่า มีออกซิเจนเพียงพอและสม่ำเสมอ ที่สร้างออกไซด์ที่ผิวของ เหล็กกล้าสเตนเลสได้
การเสียหายที่ผิวเนื่องจากการเสียดสีที่ผิวโลหะกับโลหะอย่างรุนแรง (Galling /pick up / seizing)
ผิวหน้าสเตนเลสมีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียหายเนื่องจากการเสียดสีอย่างรุนแรง ต้องหลีกเลี่ยงและระมัดระมัดระวัง ความเสียหายที่จะเกิดขึ้นดังกล่าวโดยสำหรับผิวหน้าที่มีการเสียดสีกันตลอดเวลา ควรใช้ Load หรือแรงเสียดสีต่ำสุด และต้องแน่ใจว่า การเสียดสีไม่สร้างความร้อนเกิดขึ้น ควรรักษาผิวสัมผัสไม่ให้มีการบดกับผงฝุ่น เม็ด ทรายฯลฯ และใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือเคลือบผิว
จุดด้อยของสเตนเลส
1.มีความเปราะกว่าเหล็ก จึงไม่เหมาะสำหรับทำวัสดุที่ต้องดัดงอมากๆ และบ่อยๆ เช่น ลวดสลิงสำหรับงานรอก
2.เคลือบสีไม่ติด เนื่องจากสเตนเลสมีการสร้างฟิล์มด้วยตัวเองทำให้สีที่เคลือบไม่สามารถเกาะติดบนผิวสเตนเลสได้
3.เป็นสนิมได้ หากใช้งานในสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีอ๊อกซิเจนปกคลุมผิวสเตนเลส
4.ผุ กร่อนได้ หากผิวสเตนเลสสัมผัสกับกรดเข้มข้น หรือคลอไรด์ (Cl) เพราะสเตนเลสไม่สามารถคงทนต่อกรดเข้มข้นหรือคลอไรด์ จึงจำเป็นต้องเพิ่มนิเกิ้ล (Ni) เข้าไปในส่วนผสมให้มากขึ้น เพื่อเพิ่มความคงทนต่อการกัดกร่อน
ความต้านทานการกัดกร่อน
สเตนเลสสตีล (แถวล่าง) ต้านทาน เกลือ - น้ำการกัดกร่อน ดีกว่า อลูมิเนียม - บรอนซ์ (แถวบนสุด) หรือ ทองแดง - นิกเกิลโลหะผสม (แถวกลาง)
ซึ่งแตกต่างจากเหล็กกล้าคาร์บอนเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ได้รับการกัดกร่อนอย่างสม่ำเสมอเม ื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เปียก เหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่มีการป้องกันจะเกิดสนิมได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับอากาศและความชื้นรวมกัน ชั้นผิวของ เหล็กออกไซด์ ที่ได้มีความพรุนและเปราะบาง นอกจากนี้เนื่องจากเหล็กออกไซด์มีปริมาณมากกว่าเหล็กเดิมชั้นนี้จะขยายตัวและมีแนวโน้มที่จะหลุดล่อนและหลุดออกไปทำให้เหล็กที่อยู่ข้างใต้สามารถโจมตีได้
มากขึ้น ในการเปรียบเทียบเหล็กกล้าไร้สนิมมีโครเมียมเพียงพอที่จะได้รับ ทู่ โดยสร้างฟิล์มพื้นผิวเฉื่อยบาง ๆ ของโครเมียมออกไซด์โดยทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศและแม้กระทั่งออกซิเจนที่ละลายในน้ำเพียงเล็กน้อย ฟิล์มพาสซีฟนี้ป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติมโดยการปิดกั้นการแพร่กระจายของออกซิเจนไปยังพื้นผิวเหล็กและป้องกันการกัดกร่อนจากการแพร่กระจายเข้าไปในโลหะส่วนใหญ่ ฟิล์มนี้ซ่อมแซมตัวเองได้แม้ว่า จะมีรอยขีดข่วนหรือถูกรบกวนชั่วคราวจากสภาวะที่ไม่ดี ในสภาพแวดล้อมที่สูงเกินความต้านทานการกัดกร่อนโดยธรรมชาติของเกรดนั้น
ความต้านทานของฟิล์มนี้ต่อการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของสแตนเลสโดยส่วนใหญ่จะเป็นปริมาณโครเมียม เป็นเรื่องปกติที่จะแยกความแตกต่า งระหว่างรูปแบบการกัดกร่อนสี่รูปแบบ: สม่ำเสมอ, เฉพาะพื้นที่ (หลุม), กัลวานิกและ SCC (การแตกร้าวการกัดกร่อนของความเครียด) การกัดกร่อนรูปแบบใด ๆ เหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเกรดของสแตนเลสไม่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมการทำงาน
การกำหนด "CRES" หมายถึงเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อน ส่วนใหญ่ แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่กล่าวถึง CRES หมายถึงเหล็กกล้าไร้สนิมวัสดุที่ไม่ใช่สแตนเลสยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนได้
การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอ
การกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวมากโดยทั่วไป ที่ ซึ่งสารเคมีถูกผลิตหรือใช้อย่างหนักเช่นในอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ พื้นผิวทั้งหมดของเหล็กถูกโจมตีและการกัดกร่อนจะแสดงเป็นอัตราการกัดกร่อนเป็นมม. / ปี (โดยปกติจะน้อยกว่า 0.1 มม. / ปีสำหรับกรณีเช่นนี้) ตารางการกัดกร่อนเป็นแนวทาง
โดยทั่วไปจะเป็นกรณีนี้เมื่อเหล็กกล้าไร้สนิมสัมผัสกับสารละลายที่เป็นกรดหรือพื้นฐาน การกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นขึ้นอยู่กับชนิดและความเข้มข้นของ กรด หรือ เบส และอุณหภูมิของสารละลาย โดยทั่วไปการกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอสามารถหลีกเลี่ยงได้ง่ายเนื่องจากมีการเผยแพร่ข้อมูลการกัดกร่อนอย่างกว้างขวางหรือการทดสอบการกัดกร่อนในห้องปฏิบัติการที่ทำได้ง่าย
