เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ คือ เหล็กกล้าผสมสูงชนิดหนึ่งที่มีความต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม ถูกพัฒนามาจากโลหะผสม เกิดจากการรวมเอาสมบัติที่มีความแข็งแรงสูงของโครงสร้างเฟอร์ไรต์ และสมบัติด้านความแกร่งของโครงสร้างออสเตนไนต์ จึงนิยมนำเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ไปใช้เป็นชิ้นส่วนงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความปลอดภัยสูง หรือใช้กับอุปกรณ์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด สารเคมีที่มีความเข้มข้นสูง รวมถึงการใช้งานในสภาวะที่ต้องสัมผัสกับบรรยากาศที่กัดกร่อนสูง เช่น บรรยากาศที่มีปริมาณคลอไรด์สูง เป็นต้น สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ ที่นำไปผลิตเป็นถัง ท่อ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่ต้องสัมผัสกับสภาพแวดล้อมการใช้งานต่าง ๆ กัน มักจะพบปัญหาที่เกิดจากการประกอบเป็นอุปกรณ์ ถังหรือท่อ ปัญหาต่าง ๆ ที่อาจมาจากหลายสาเหตุ แต่ในที่นี้ขอกล่าวถึงปัญหาที่พบในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ เพียงเฉพาะสาเหตุที่มาจากไฮโดรเจน หรือการแตกจากไฮโดรเจน (hydrogen cracking)
ไฮโดรเจนจะถูกดูดซับหรือปรากฏอยู่ในบ่อเชื่อมอันเนื่องมาจากสาเหตุเบื้องต้นดังต่อไปนี้
1.สารปนเปื้อนบริเวณแนวเชื่อมต่อ
2.ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากฟลักซ์ที่หุ้มผิวลวดเชื่อม
3.การใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นแก๊สปกคลุมผิวชิ้นงานเชื่อม (shielding gas)
โลหะที่ใช้ในการเชื่อมที่มีไฮโดรเจนตกค้างในปริมาณสูง สามารถกำจัดหรือลดปริมาณได้โดยการอบแท่ง electrode ของการเชื่อมแบบ SMAW (Shielding Metal Arc Welding) ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม แต่การอบที่ไม่เพียงพอ คือยังมีความชื้นตกค้างสามารถส่งผลให้ไฮโดรเจนเกิดการแพร่และเป็นสาเหตุของการแตกของวัสดุเชื่อมที่มีเฟอร์ไรต์ปริมาณสูง ในระบบการเชื่อมอัตโนมัติของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก เช่น การเชื่อมท่อชนิดที่เรียกว่า tube mills แก๊สไฮโดรเจนที่ปกคลุมเป็นตัวเพิ่มอัตราการซึมลึกและอัตราเร็วในการเชื่อม ซึ่งก็สามารถนำไปใช้ได้ดีในการเชื่อมตามแนวยาวของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ ขณะเดียวกันรอยเชื่อมของท่อก็จะเกิดการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว พร้อมกับการแพร่ออกของไฮโดรเจนเมื่อวัสดุที่หลอมเกิดการแข็งตัว (แต่ในกระบวนการเชื่อมที่เรียกว่า GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) พบว่าการมีปริมาณไฮโดรเจนในแก็สปกคลุมเพียง 2–10 % ก็สามารถส่งผลให้เกิดการแตกบนรอยเชื่อมได้) ลักษณะดังกล่าวจะเป็นตัวหน่วงเหนี่ยวการเกิด cold crack ภายหลังจากทิ้งไว้ระยะหนึ่งหลังการเย็นตัวโดยเฉพาะถ้ามีปริมาณเฟอร์ไรต์มากกว่า 50–60 % ดูได้จากรูปที่ 1 ในกรณีที่ใช้ไนโตรเจนเป็นแก็สปกคลุม เราพบว่าไฮโดรเจนไม่สามารถที่จะถูกดูดซับเข้าไปอยู่ในเนื้อเชื่อมได้
รูปที่ 1
ความสามารถของการแพร่ของไฮโดรเจนในโครงสร้างเฟอร์ไรต์ มีมากกว่าในโครงสร้างออสเตนไนต์ และความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในออสเตนไนต์มากกว่าเฟอร์ไรต์ 30 เท่า โดยวัสดุที่มีเฟอร์ไรต์เป็นโครงสร้างหลักจะสามารถถ่ายเทไฮโดรเจนเข้าไปอยู่ในเกรนของออสเตนไนต์ได้เร็ว เป็นการป้องการกักตัวของไฮโดรเจน อย่างไรก็ตามปริมาณของไฮโดรเจนที่ถูกกักตัวไว้จะเป็นปัจจัยที่มีความสัมพันธ์ต่อการแตกร้าว โดยเขตรอยต่อระหว่างเฟสออสเตนไนต์และเฟอร์ไรต์จะเป็นบริเวณที่เกิดการกักตัวของไฮโดรเจนเป็นหลัก และจะมีผลต่อเฟสออสเตนไนต์เป็นหลัก ทำให้การแตกร้าวมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นกับเฟสเฟอร์ไรต์ได้เช่นกัน ถ้าไฮโดรเจนที่ปรากฏมีในชิ้นงานระหว่างกระบวนการเชื่อมไม่สามารถป้องกันที่จะไม่ให้เกิดขึ้นได้ เราจึงสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการให้ความร้อนกับชิ้นงานก่อนการเชื่อม (preheat) จนถึงอุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส และหลังการเชื่อมควรให้ความร้อนกับชิ้นงานที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียสเป็นเวลาประมาณ 100 ชั่วโมง หรือโดยการทำ PWHT (Post Welding Heat Treatment) อย่างรวดเร็วภายหลังการเชื่อม
จากบทความดังกล่าวนี้เป็นเพียงหนึ่งในปัญหาที่เกิดขึ้นกับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ ที่สามารถช่วยเป็นแนวทางเบื้องต้นในการทำงานเพื่อลดปัญหาการแตกหักจากผลของไฮโดรเจนได้
เอกสารอ้างอิง
1. Lippold JC, Varol I, Baeslack III W A: Conf proc Duplex Stainless Steels ’91, Beaune, Les editions de physique, 1991, vol.1, 383-402.
2. Gunn RN: Conf proc Duplex Stainless Steels ’94, Glasglow, TWI, 1994, Vol.1, paper 32.
3. Noble DN, Gooch TG: Welding Institute Report 321/1986, November 1986.
ขอขอบคุณข้อมูลจาก คุณพัทธิมา รัตนตระกูล
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น