การกัดกร่อนภายใต้ฉนวน (Corrosion Under Insulation)

เป็นที่ทราบกันดีว่า การกัดกร่อนนั้นเป็นการลดสมบัติทางกลของวัสดุประเภทโลหะ เนื่องจากการทำปฏิกิริยาการกัดกร่อนระหว่างวัสดุกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งเราพบว่า ความเสียหายเนื่องจากการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนกันความร้อนหรือกันความเย็น (ดังรูปที่ 1) ในโรงงานอุตสาหกรรมของประเทศไทยมีอัตราเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ อาจเนื่องมาจากมีอายุการใช้งานนานพอสมควรแล้ว

รูปที่ 1 ระบบท่อที่หุ้มฉนวนกันความร้อน (Credit photo from Mat Integrity)

จุดประสงค์ของการหุ้มฉนวน คือ เพื่อรักษาอุณหภูมิของสารที่ไหลภายท่อ เพื่อลดการสูญเสียพลังงานโดยเปล่าประโยชน์ และป้องกันภัยให้กับผู้ปฏิบัติงาน

การกัดกร่อนภายใต้ฉนวน (CUI) เป็นรูปแบบของการกัดกร่อนที่มักเกิดขึ้นกับชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่เป็นเหล็กกล้าคาร์บอน โลหะผสมต่ำ และเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (เช่น ระบบท่อ ภาชนะรับความดัน และถัง) ที่ห่อหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อน การกัดกร่อนภายใต้ฉนวนจึงเป็นรูปแบบของการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นภายนอก  เนื่องจากเกิดขึ้นที่ด้านนอกของอุปกรณ์โลหะที่อยู่ใต้การห่อหุ้มด้วยฉนวน (ตรงข้ามกับการกัดกร่อนประเภทอื่นที่มักเกิดขึ้นที่ผนังท่อภายใน) สาเหตุหลักของ CUI คือมีการแพร่ซึมของน้ำหรือความชื้นที่จากการควบแน่นเข้าไปในฉนวน จนทำให้น้ำ/ความชื้นสัมผัสโดยตรงกับโลหะที่ฉนวนหุ้มอยู่แล้วเกิดการกัดกร่อนจากสารละลาย  ในโรงงานปิโตรเลียมและเคมีพบว่าการกัดกร่อนภายใต้ฉนวน (CUI) เป็นปัญหาสำคัญที่ทำให้วัสดุเกิดการเสื่อมสภาพ นอกจากนี้ยังอาจนำไปสู่การสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนอุปกรณ์อีกด้วย สถิติที่จัดทำโดย ExxonMobil ซึ่งได้บันทึกผลกระทบทางเศรษฐกิจที่เกิดจาก CUI พบว่ามีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาท่อประมาณ 40–60% สำหรับในแง่ของอัตราการกัดกร่อนพบว่า อัตราการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนในกรณีของเหล็กกล้าคาร์บอนอาจสูงกว่าอัตราการกัดกร่อนในบรรยากาศที่มีอากาศถ่ายเทตามธรรมชาติถึง 20 เท่า ผลที่ตามมาคือ CUI สามารถก่อให้เกิดการลุกลามเสียหายที่รุนแรงได้หากปล่อยปัญหาทิ้งไว้โดยไม่มีการดูแล

ก่อนช่วงปี 1970 ฉนวนกันความร้อนถูกนำมาใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูง (>150 °C) เพื่อการอนุรักษ์พลังงาน ดังนั้นปัญหาที่เกี่ยวข้องกับ CUI จึงไม่เกิดขึ้นเนื่องจากความชื้นระเหยออกไปหมดที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นได้มีการใช้ฉนวนกันความร้อนบนท่อและภาชนะที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150 °C กันอย่างกว้างขวางในการลดต้นทุนด้านพลังงานในโรงงานน้ำมันและก๊าซ ด้วยเหตุนี้ CUI จึงกลายเป็นปัญหาที่พบได้มากขึ้นเนื่องจากน้ำมีแนวโน้มที่จะกักเก็บอยู่ภายในฉนวนที่อุณหภูมิต่ำ (ไม่ระเหยออกไป) ปัญหาจาก CUI ในระยะแรก ๆ ไม่ได้ตระหนักรู้และหาทางยับยั้งมากนัก จนกระทั่งในปี 1980 ได้มีการสร้างแนวปฏิบัติมาตรฐาน RP0198 เพื่อให้ความรู้เกี่ยวกับแนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรมสำหรับการลด CUI มีการเผยแพร่อย่างเป็นทางการโดย NACE International (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น AMPP) ในปี 1998 แก้ไขเป็น SP0198 ในปี 2010 และปรับปรุงล่าสุดในปี 2017

ในโรงงานปิโตรเคมีทั้งหลาย เราจะเห็นวัสดุหลักๆ อยู่ 2 ประเภท คือ เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิม ถ้าการกัดกร่อนเกิดขึ้นกับเหล็กกล้าคาร์บอน ก็ไม่ค่อยห่วงกันหรอก เพราะว่าจะเกิดการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า ซึ่งสามารถทำนายอายุการใช้งานได้และยังป้องกันได้ง่ายกว่าการกัดกร่อนประเภทอื่น แต่ถ้าการกัดกร่อนเกิดขึ้นกับเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งมักจะเกิดด้วยรูปแบบสนิมรูเข็มและการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน ซึ่งทั้งสองรูปแบบเป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ ทำให้ทำนายอายุการใช้งานได้ยาก การกัดกร่อนภายใต้ฉนวนมักเกิดจากวัสดุที่ห่อหุ้มถูกทำลายทำให้สารละลายที่มีองค์ประกอบของสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแพร่เข้าไป ซึ่งมักขยายตัวด้วยกลไกการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน (Stress Corrosion Cracking; SCC) ดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 ระบบท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 หุ้มฉนวนกันความร้อนมักเสียหายด้วยกลไก SCC

การแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน มักจะมี 4 องค์ประกอบ (ดังรูปที่ 3) ได้แก่

1. วัสดุที่มีความไว

2. ความเค้นแรงดึง

3. สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

4. และอิเล็กโตรไลต์

รูปที่ 3 องค์ประกอบของ SCC

CUI นั้นยากต่อการคาดการณ์และตรวจจับ โดยปกติแล้ว CUI จะถูกตรวจพบเมื่อสารละลายภายในรั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ การตรวจสอบ CUI ยังทำได้ยาก มีค่าใช้จ่ายสูง และใช้เวลานาน ปัจจุบัน วิธีการหลักที่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเลียมเพื่อค้นหา CUI คือการตรวจสอบด้วยสายตา ซึ่งจำเป็นต้องถอดฉนวนออกบางส่วนหรืออาจจะทั้งหมด กระบวนการทั่วไปในการดำเนินการตรวจสอบด้วยภาพถ่ายกำหนดให้ผู้ตรวจสอบต้องถอดแจ็คเก็ต/แผ่นหุ้มภายนอกและลอกฉนวนออก จากนั้นจึงประเมินสภาพพื้นผิวของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม ต้นทุนหลักที่เกิดจากการติดตั้งนั่งร้าน การถอดฉนวน และการติดตั้งเข้าไปใหม่อาจมีค่าใช้จ่ายมหาศาล 

การทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) ซึ้งเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพและประหยัดสำหรับผู้ทดสอบในการตรวจจับการกัดกร่อนโดยไม่ก่อให้เกิดผลกระทบมักนักระหว่างการทำงาน เทคนิคการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) บางวิธีช่วยให้สามารถตรวจจับ CUI ได้โดยไม่ต้องถอดวัสดุหุ้มภายนอกและวัสดุฉนวนออก NDT ที่นิยมใช้โดยทั่วไป ได้แก่ การถ่ายภาพความร้อนแบบอินฟราเรด การตรวจด้วยรังสี การตรวจด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง และกระแสไหลวน เป็นต้น เทคนิค X-Ray Remote TV ที่สามารถใช้ประยุกต์ที่หน้างานได้แสดงดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 X-Ray Remote TV ที่ใช้ประเมินระบบท่อหุ้มฉนวนกันความร้อน

การกัดกร่อนภายใต้ฉนวนมักเกิดขึ้นจากการแพร่เข้าไปของความชื้นหรือน้ำในบริเวณที่วัสดุหุ้มถูกทำลาย มีสภาวะการใช้งานที่อุณหภูมิสูง เหนี่ยวนำให้เกิดไอความร้อนได้ และมีสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเจือปนอยู่ด้วย ไม่ว่าจะเป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งเมื่อไปรวมตัวกับความชื้น จะทำให้เกิดการฟอร์มเป็นกรดซัลฟูริก ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนกับเหล็กกล้าไร้สนิม และคลอไรด์

สาเหตุที่นำไปสู่การเสียหายจากการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนกันความร้อนมีองค์ประกอบดังนี้

1. การออกแบบระท่อและระบบฉนวนกันความร้อนไม่ถูกต้อง ไม่เหมาะสม

2. การเลือกใช้วัสดุท่อและฉนวนกันความร้อนไม่ถูกต้อง ไม่เหมาะสม

3. มีการใช้งานที่อุณหภูมิสูง และ

4. ขาดการตรวจสอบที่สม่ำเสมอหรือมีวิธีการตรวจสอบไม่ถูกต้อง เหมาะสม

สภาวะอับอากาศ (Crevice Condition) ที่อยู่ภายใต้ฉนวนกันความร้อน สามารถเร่งให้เกิดการเสียหายได้เป็นอย่างดี SCC ในท่อเหล็กกล้าไร้สนิมมักพบได้ทั่วไปในโรงงานอุตสาหกรรมอยู่ใกล้ชายฝั่ง แต่มักเป็นรูปแบบที่ตรวจสอบได้ยากมาก

วิธีที่ดีที่สุดในการป้องกัน CUI คือ

1. การออกแบบระบบฉนวนกันความร้อนที่ถูกต้องและเหมาะสม โดยเฉพาะการยับยั้งไม่ให้ความชื้นแพร่เข้าไปได้หรือไม่ดูดความชื้น และเปลี่ยนฉนวนทันทีที่ตรวจพบว่ามีน้ำแพร่เข้าไป

2. ตรวจสอบระบบฉนวนกันความร้อนให้บ่อยขึ้น

3. อาจจะทาสีประเภทที่ไม่มีคลอไรด์ (Cl- free) บนผิวหน้าด้านนอกท่อ

4. เคลือบด้วย Epoxy phenolics และ epoxy-coal tar เพื่อป้องกันการแพร่ของความชื้นและคลอไรด์

รหัส มาตรฐาน และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่เกี่ยวข้อง

• API 510, Pressure Vessel Inspector Program is an inspection code that covers the in-service inspection, repair, alteration, and rerating activities for pressure vessels and the pressure relieving devices protecting these vessels. It applies to most refining and chemical process vessels that have been placed into service. CUI inspection is covered in section 5.5.6 of the standard (Tenth Edition released April 2014).
• API 570, Piping Inspection Code - Inspection, Repair, Alteration and Rerating of In-Service Piping Systems provides guidance on how to determine which piping systems are most susceptible to CUI (section 5.2.1), as well as some of the most common locations to find CUI (section 5.4.2) on those systems that are determined to be susceptible to CUI (Third Edition released November 2009).
• API RP 574, Inspection Practices for Piping System Components discusses inspection practices for piping, tubing, valves (other than control valves), and fittings used in petroleum refineries and chemical plants. In order to aid inspectors in fulfilling their role implementing API 570, this document describes common piping components, valve types, pipe joining methods, inspection planning processes, inspection intervals and techniques, and types of records. CUI is covered in section 6.3.3 (Third Edition released November 2009).
• API RP 583, Corrosion Under Insulation and Fireproofing covers design, maintenance, inspection, and mitigation practices to address external CUI as it applies to pressure vessels, piping, storage tanks and spheres. It examines the factors that affect the damage mechanisms, and provides guidelines for preventing external corrosion or cracking under insulation, maintenance practices to avoid damage, inspection practices to detect and assess damage, and guidelines for conducting risk assessments on equipment or structural steel subject to CUI (First Edition released May 2014).
• ASTM C795-08 (2018) Standard Specification for Thermal Insulation for Use in Contact with Austenitic Stainless Steel
• ASTM C1617-19 Standard Practice for Quantitative Accelerated Laboratory Evaluation of Extraction Solutions Containing Ions Leached from Thermal Insulation on Aqueous Corrosion of Metals
• ASTM C1763-20 Standard Test Method for Water Absorption by Immersion of Thermal Insulation Materials
• ASTM STP 880, Corrosion of Metals Under Thermal Insulation provides information on corrosion problems that can occur on thermally insulated plant equipment and piping components if its insulation becomes wet (First Edition released 1985).
• NACE SP0198-2010, Control of Corrosion Under Thermal Insulation and Fireproofing Materials – A Systems Approach (Published July, 2010). This standard is a replacement for NACE RP0198-08 (March 2004).

Cr. The Institute for Oil & Gas Sector (IOGS)

การสร้างฟิล์มให้กับเหล็กกล้าไร้สนิม (Passivation of Stainless Steel)

ท่านผู้อ่านคงทราบกันดีแล้วว่า เหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) คือ เหล็กกล้าที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง หรือ มีความต้านทานต่อการเกิดสนิม มากกว่า เหล็กกล้าธรรมดา (carbon steel) ซึ่งน่าจะเป็นนิยามที่เหมาะสม เพราะว่าในความเป็นจริงแล้วมันสามารถเกิดสนิมได้ การใช้เหล็กกล้าไร้สนิมจึงควรให้ความเอาใจใส่การสร้างฟิล์มบางนี้ก่อนใช้งาน เรียกว่า เทคนิค Passivation โดยการขัดฟิล์มเก่าทิ้ง หรือ ใช้กรดกัดฟิล์มเก่าทิ้งแล้วทำให้โครเมียมที่ผิวเกิดการกัดกร่อนทั่วผิวอย่างรวดเร็ว ก็จะเกิด Passive Film ได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ฟิล์มบางนี้ก็จะเกิดความเสียหายบ้างในระหว่างการใช้งาน โดยปกติ ฟิล์มบางนี้จะมีสภาพดีที่สุดถ้าใช้เหล็กกล้าไร้สนิมสัมผัสกับสารละลายที่เป็นกลางและปราศจากอิออนคลอไรด์ ถ้าสารละลายที่ใช้สัมผัสมีความเป็นกรด จะต้องพิจารณาต่อไปว่า เหล็กกล้าไร้สนิมแต่ละเกรดก็จะสามารถทนทานต่อกรดได้ไม่เท่ากัน ถ้าสารละลายมีค่า pH ต่ำกว่าค่า pHd หรือ depassivate pH ก็จะเกิดการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้าขึ้นได้

นอกจากนั้น ฟิล์มบางนี้ยังจะเกิดปัญหาแตก (breakdown) ได้ในสารละลายที่มีอิออนคลอไรด์ โดยจะแตกเป็นจุดหรือ เฉพาะที่ (localized) แล้วขยายตัวเข้าไปในวัสดุ ทำให้เกิดเป็นโพรงหรือเป็นหลุม หรือเป็นรู (pitting) หรือเป็นรอยปื้น (crevice) ในเนื้อโลหะ อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าไร้สนิม ยังมีคุณสมบัติพิเศษ อย่างหนึ่งคือ สามารถเกิด Passive Film ซ้ำใหม่เพื่อซ่อมแซมตนเองได้ เรียกว่า Repassivate ดังนั้น โดยปกติหากเกิดการแตกของฟิล์มแล้วก็มักจะมีการเกิดฟิล์มใหม่ทับบริเวณเสียหายได้ หรือ ผู้ใช้อาจช่วยให้เกิดฟิล์มใหม่ซ้ำให้เร็วขึ้น โดยการขัดล้าง หรือใช้กรดทา แล้วล้างออกด้วยน้ำจนหมดกรด

ในกรณีที่เหล็กกล้าไร้สนิม มีความไม่ปกติในเนื้อโลหะ เช่น มีความเค้น (stress) หรือมีการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่ขอบเกรน (grain boundary precipitation) ตราบเท่าที่ยังมี Passive Film หุ้มอยู่ ความไม่ปกติในเนื้อโลหะจะยังไม่มีผลต่อสมบัติวัสดุ แต่หากฟิล์มเกิดละลายหรือ แตกเฉพาะจุด ก็จะเกิดการแตกร้าวเนื่องจากความเค้น (stress cracking) ได้ทั้งแบบผ่ากลางเกรนหรือไปตามเกรนได้ หรืออาจเกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรน (intergranular corrosion) เช่น ของงานเชื่อม เป็นต้น

ปัจจุบันได้มีการค้นคว้าวิจัยหาธาตุผสมอื่นที่เติมแล้วทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมนั้นมี Passive Film ที่ดีมากขึ้น คือ เกิดได้รวดเร็ว แข็งแรง และเกิดซ้ำได้อย่างรวดเร็ว เช่น ธาตุโมลิบดีนัม (Mo) ที่ใช้เติมลงในเกรด AISI 304 แล้วได้เป็นเกรด AISI 316 ซึ่งเป็นเกรดที่ทนทานต่อสารเคมีได้ดีกว่า เป็นต้น ดังนั้น ก่อนใช้งานเหล็กกล้าไร้สนิม จึงต้องไม่ลืมสร้าง Passive Film ให้เหมาะสมกับวัตถุประสงค์การใช้งาน และต้องหมั่นดูแล Passive Film ให้คงทนตลอดเวลาการใช้งาน

การสร้างฟิล์มคืออะไร? ถ้าพิจารณาจาก ASTM A380 จะพบว่า การสร้างฟิล์มปกป้อง (passivation) คือ “กระบวนการกำจัดเหล็กที่มาจากภายนอก (exogenous iron) หรือ สารประกอบของเหล็กจากผิวหน้าของเหล็กกล้าไร้สนิมโดยกระบวนการสลายตัวทางเคมี ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมักดำเนินการด้วยสารละลายกรดที่สามารถกำจัดสารแปลกปลอมบนผิวหน้า แต่จะต้องไม่ส่งผลกระทบต่อเหล็กกล้าไร้สนิมเอง” ในขณะเดียวกันการสร้างฟิล์มป้องกันยังสามารถอธิบายได้อีกนัยหนึ่งว่า “เป็นกระบวนการบำบัดทางเคมีของเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยสารออกซิแดนท์อ่อนๆ (mild oxidant) เช่น สารละลายกรดไนตริก เพื่อสร้างสภาวะที่เหมาะสมของผิวหน้าให้สามารถสร้างฟิล์มปกป้องการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอบนผิวหน้า”

กระบวนการสร้างฟิล์มปกป้องจะกำจัดสารแปลกปลอมประเภท “free iron” ที่ตกค้างบนผิวหน้าเหล็กกล้าไร้สนิมที่อาจเกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนกลึง ไส ขัด เจาะ หรือจากกระบวนการประกอบติดตั้ง สารแปลกปลอมเหล่านี้ถ้าไม่ถูกกำจัดออก มักจะแสดงตัวเป็นจุดเริ่มการกัดกร่อนและในที่สุดก็จะส่งผลให้เกิดการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วน ในขณะเดียวกัน กระบวนการสร้างฟิล์มปกป้องจะส่งเสริมให้เกิดการฟอร์มฟิล์มออกไซด์ที่โปร่งแสงซึ่งบางมาก (1-5 นาโนเมตร) ซึ่งจะป้องกันเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ให้เกิดออกซิเดชันหรือการกัดกร่อนแบบเลือก (selective oxidation) ดังนั้น จึงมักมีคำถามว่า passivation คืออะไร? เป็นการทำความสะอาดหรือเปล่า? หรือเป็นชั้นเคลือบเพื่อปกป้อง (protective coating) ของวัสดุ? คำตอบก็คือสัมพันธ์กันทั้งสองอย่าง

โดยทั่วไปแล้วกระบวนการสร้างฟิล์มมักเริ่มต้นด้วยการทำความสะอาดผิวหน้าด้วยความระมัดระวัง ทั้งนี้เพื่อกำจัดคราบน้ำมัน ไขมัน จารบี สารประกอบที่ก่อตัวขึ้น สารหล่อลื่น สารหล่อเย็น ของไหลที่ใช้ในการตัดชิ้นงาน และสิ่งแปลกปลอมทั้งเป็นสารอินทรีย์และโลหะที่อาจตกค้างจากกระบวนการประกอบติดตั้งและการกลึงไส ตัดเจาะ การกำจัดไขมันและการทำความสะอาดโดยทั่วไปสามารถดำเนินการโดย การกำจัดคราบไขมันด้วยไอน้ำ ทำความสะอาดด้วยตัวทำละลาย และ การแช่ในสารละลายด่าง เป็นต้น

หลังจากการกำจัดสารแปลกปลอมที่เป็นสารอินทรีย์และโลหะแล้ว ชิ้นส่วนจะถูกนำไปแช่ในสารละลายเพื่อสร้างฟิล์มที่เหมาะสม แม้ว่าจะมีสารละลายอยู่หลายชนิด แต่สารละลายที่นิยมใช้กันคือ กรดไนตริก แม้ว่าเมื่อไม่นานมานี้ จะมีงานวิจัยที่มีการพัฒนากระบวนการที่เป็นทางเลือกสำหรับการสร้างฟิล์มรวมทั้งสารละลายที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมก็ตาม แต่ก็ให้ประสิทธิภาพที่เท่าเทียมกัน และแม้ว่าสารละลายทางเลือกอื่นๆ จะมีกรดซิตริกหรือสารเคมีชนิดอื่นๆ เป็นองค์ประกอบ แต่สารละลายเหล่านั้นไม่ได้รับการยอมรับในเชิงการค้าเมื่อเทียบกับสารละลายที่มีกรดไนตริกเป็นองค์ประกอบหลัก

3 ตัวแปรหลักที่จำเป็นต้องพิจารณาและควบคุมในกระบวนการสร้างฟิล์มปกป้อง ได้แก่ เวลา อุณหภูมิ และความเข้มข้น โดยข้อกำหนดทั่วไป เวลาที่ใช้ในการจุ่มแช่โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงระหว่าง 20 นาที ถึง 2 ชั่วโมง อุณหภูมิของอ่างโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่อุณหภูมิห้องจนถึง 160 องศาฟาเรนไฮต์ และความเข้มข้นของกรดไนตริกจะอยู่ในช่วง 20-50% โดยปริมาตร ยกตัวอย่างเช่น

- เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มออสเตนนิติก (อนุกรม 300) และมีส่วนผสมของโครเมียมมากกว่า 17% (ยกเว้น อนุกรม 440) จะใช้กรดไนตริกความเข้มข้น 20% โดยปริมาตร ที่อุณหภูมิ 50-60 C เป็นเวลา 30 นาที

- เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีส่วนผสมของโครเมียม 12-14% และที่มีส่วนผสมของคารบอนสูง/โครเมียมสูง( อนุกรม 440) จะใช้กรดไนตริกความเข้มข้น 20% โดยปริมาตร ผสมกับสารละลายโซเดียมไดโครเมท ที่อุณหภูมิ 50-60 C เป็นเวลา 30 นาที

- เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มทำให้แข็งโดยการตกตะกอน (Precipitation Hardening Stainless Steel) จะใช้กรดไนตริกความเข้มข้น 50% โดยปริมาตร ที่อุณหภูมิ 50-60 C เป็นเวลา 30 นาที

อาจมีบางข้อกำหนดที่เลือกใช้ sodium dichromate เป็นส่วนผสมในสารละลายสร้างฟิล์ม หรือใช้ล้างทำความสะอาดก่อนการสร้างฟิล์ม เพื่อช่วยให้เกิดการฟอร์มฟิล์มโครมิกออกไซด์ (chromic oxide film) การควบคุมสารละลายควรกระทำอย่างระมัดระวังโดยต้องควบคุมความบริสุทธิ์ของน้ำ สารแปลกปลอมเชิงโลหะ (metallic impurities) ในระดับ ppm (parts per million) และปรับเปลี่ยนสารเคมีเมื่อมีความเข้มข้นเปลี่ยนไป ซึ่งจะส่งผลให้ฟิล์มที่เกิดขึ้นมีประสิทธิภาพที่ดี ชนิดของเหล็กกล้าไร้สนิมที่จะใช้ในกระบวนการสร้างฟิล์มก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อทำการเลือกกระบวนการสร้างฟิล์มที่ให้ประสิทธิภาพมากที่สุด การเลือกอ่าง (เวลา, อุณหภูมิ และ ความเข้มข้น) ก็เป็นตัวแปรที่ต้องพิจารณาเพื่อให้เหมาะสมกับโลหะผสมแต่ละชนิด ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับชนิดของวัสดุและกระบวนการสร้างฟิล์มเป็นสิ่งที่สำคัญยิ่งต่อประสิทธิผลที่ต้องการ ในทางกลับกัน การเลือกอ่างที่ไม่ถูกต้อง รวมทั้งการเลือกกระบวนการ และ/หรือการควบคุมกระบวนการที่ไม่เหมาะสมมักส่งผลให้ได้ผลที่ไม่สามารถยอบรับได้ และบางครั้งอาจนำไปสู่ความเสียหายที่รุนแรงตามมาได้ ยกตัวอย่างเช่น เกิดรูเข็มอย่างรุนแรง มีการกัดผิวหน้าหรือทำลายทั่วทั้งผิวหน้าของชิ้นส่วน

อุปกรณ์และข้อควรระวัง

กระบวนการสร้างฟิล์มปกป้องบนผิวหน้าเหล็กกล้าไร้สนิมจะได้ประสิทธิภาพที่ดี เมื่อช่างเทคนิคและผู้ที่เกี่ยวข้องได้ผ่านการฝึกอบรม มีประสบการณ์และคุ้นเคยกับสารอันตรายทางวิทยาศาสตร์ โดยต้องเข้าใจอย่างดีเกี่ยวกับความปลอดภัยในระหว่างการสร้างฟิล์ม ซึ่งจำเป็นต้องมีการสวมรองเท้าบูทพิเศษ ถุงมือ มีการใช้ผ้ากันเปื้อนและอุปกรณ์ความปลอดภัยอื่นๆ มีการจัดเตรียมแทงค์ อุปกรณ์ให้ความร้อน และระบบระบายอากาศ รวมทั้งตะกร้าและชั้นวางของ โดยจะต้องออกแบบให้เหมาะสมกับการดำเนินการ เหล็กหรือชิ้นส่วนที่เป็นเหล็กหรืออุปกรณ์ต่างๆ จะต้องไม่นำมาใช้ในกระบวนการ ยิ่งไปกว่านั้น เพื่อให้สนองต่อความต้องการของสังคมที่ต้องการกระบวนการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมแล้ว น้ำและอากาศที่ใช้ในกระบวนการรวมทั้งระบบต่างๆ ควรจะมีการติดตั้งอยู่ด้วย

ข้อกำหนดและการทวนสอบ

มีข้อกำหนดที่ได้รับการยอมรับทั่วไปจากอุตสาหกรรมอยู่ส่วนหนึ่งเมื่อจะใช้ในการอ้างอิงเพื่อเลือกกระบวนการสร้างฟิล์ม ซึ่งเขามักสนใจข้อมูลเกี่ยวเวลา อุณหภูมิ และความเข้มข้นในระหว่างกระบวนการสร้างฟิล์ม และความต้องการในการทดสอบในลำดับถัดมา เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของกระบวนการ องค์กรขนาดใหญ่หลายแห่งมักมีการพัฒนาข้อกำหนดขึ้นไว้ใช้เป็นการภายใน เพื่อควบคุมความต้องการเฉพาะของพวกเขาเกี่ยวกับการทวนสอบกระบวนการสร้างฟิล์ม ซึ่งในสถานการณ์เช่นนั้นมักจะระมัดระวังในการอ้างอิงขั้นตอนการพิสูจน์เพื่อเมื่อชิ้นส่วนมีการสร้างฟิล์ม จากการอ้างอิงข้อกำหนด นั้นอาจกล่าวได้ว่าไม่จำเป็นต้องไปเปลี่ยนแปลงอะไรเนื่องจากมันดีอยู่แล้ว และโดยจากการใช้ประสบการณ์ที่ผ่านมาของคนอื่นทั้งความสำเร็จและความล้มเหลว ทำให้เราสามารถกำจัดงานที่นอกเหนือความคาดหมายที่อาจมากับกระบวนการใหม่

ปัจจุบันนี้มีมาตรฐานที่นิยมใช้กัน คือ ASTM A-967 และ ASTM A-380 ซึ่งทั้ง 2 มาตรฐานได้เขียนไว้อย่างดี ให้รายละเอียดที่ชัดเจนเกี่ยวกับคำแนะนำในกระบวนการทั้งหมด ตั้งแต่กระบวนการผลิตจนถึงความต้องการการทดสอบในขั้นตอนสุดท้าย หากเจ้าของงานไม่แน่ใจว่าต้องการอะไร ก็สามารถใช้อ้างอิงได้ทั้งหมดหรือเพียงบางส่วนก็ได้ ความต้องการในการทดสอบสามารถที่จะใช้หรือยกเว้นก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ แต่มีข้อกำหนดในการทวนสอบอยู่ข้อหนึ่งที่นิยมใช้กันมากก็คือ การทดสอบด้วยคอปเปอร์ซัลเฟต โดยชิ้นส่วนที่ผ่านการสร้างฟิล์มจะถูกจุ่มแช่ในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต 6 นาที ล้างน้ำสะอาดและทำการตรวจสอบด้วยสายตา โดยถ้าพบว่าผิวหน้ามีลักษณะเป็นชมพู (ทองแดง) จะแสดงให้เห็นว่าผิวหน้าวัสดุมีการเหล็กอิสระเป็นสารแปลกปลอมตกค้าง ลักษณะดังกล่าวชี้ให้เห็นว่าไม่สามารถยอมรับได้ นอกจากนี้ยังมีการทวนสอบอื่นๆ ได้แก่ การทดสอบด้วยหมอกเกลือเป็นเวลา 2 ชั่วโมง หรือทดสอบในสภาวะที่มีความชื้นสูง 24 ชั่วโมง การทดสอบดังกล่าวสามารถดำเนินการได้โดยการนำชิ้นส่วนที่ผ่านการสร้างฟิล์มเข้าไปไว้ในภาชนะที่ควบคุมมิดชิดเป็นอย่างดีที่สามารถสร้างสภาวะสิ่งแวดล้อมให้เร่งการกัดกร่อนได้ หลังจากชิ้นงานได้สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่กัดกร่อนตามระยะเวลาที่กำหนดแล้ว ก็จะนำชิ้นส่วนออกมาและนำไปประเมิน ซึ่งมาตรฐานที่นิยมใช้กัน คือ ASTM B-117 เพราะเป็นการทดสอบที่ใช้อ้างอิงและเป็นที่ยอมรับ แต่สิ่งที่เราทราบอีกอย่างหนึ่ง คือ การทดสอบแต่ละอย่างมีข้อดีและข้อจำกัดกันอย่างไรบ้าง ดังนั้นโปรดใช้ความระมัดระวังในการเลือกวิธีการทดสอบที่เหมาะสม ซึ่งพิจารณาจากชนิดของโลหะผสมและสิ่งแวดล้อมที่นำไปใช้งาน

การพิสูจน์ทราบถึงการเกิดขึ้นของฟิล์ม และความเสถียรของฟิล์มค่า pHd ความสามารถในการสร้างฟิล์มใหม่ (Repassivation) และอื่นๆ สามารถทำได้โดยวิธีทางเคมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นวิธีที่ทันสมัย ให้ข้อมูลได้มาก และปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม

การขึ้นรูปทางกลและกระบวนการทางความร้อน

บางครั้งเราอาจจะมองข้ามตัวแปรที่ส่งผลเชิงลบต่อการกระบวนการสร้างฟิล์ม คือ กระบวนการขึ้นรูปทางกลและการปฏิบัติการทางความร้อนที่ไม่ดี โดยมักอยู่ในรูปของสารตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตและ/หรือระหว่างกระบวนการทางความร้อน ปัจจัยเหล่านี้จะนำไปสู่ผลการทดสอบที่ไม่สามารถยอมรับได้ ดังนั้นการปฏิบัติดังต่อไปนี้จะช่วยลดสารตกค้างระหว่างกระบวนการผลิต และเพิ่มประสิทธิภาพในการสร้างฟิล์มและผลการทดสอบที่ได้รับการยอมรับ:

• ไม่ควรใช้จานขัด วัสดุขัด หรือแปรงลดที่ทำจากเหล็ก เหล็กออกไซด์ เหล็กกล้า สังกะสี หรือ วัสดุอื่นที่สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดเป็นสารแปลกปลอมตกค้างบนผิวหน้าเหล็กกล้าไร้สนิม

• ถ้าเป็นไปได้แนะนำให้ใช้เครื่องมือที่เป็นคาร์ไบด์หรือพวกอโลหะต่างๆ

• ไม่ควรใช้จานขัด หินเจียร และแปรงลวดที่ผ่านการใช้งานกับโลหะชนิดอื่นมาก่อนมาใช้กับเหล็กกล้าไร้สนิม

• ให้ใช้อุปกรณ์ขัดที่ยังไม่ใช้งาน เช่น ลูกปัดแก้ว หรือซิลิกาที่ไม่เจือเหล็ก หรือทรายอลูมิน่าสำหรับทำความสะอาดผิวหน้า ไม่ควรใช้เม็ดเหล็กกล้าหรือสารขัดที่ผ่านการขัดกับวัสดุชนิดอื่นมาก่อน

• ทำความสะอาดอย่างระมัดระวังก่อนน้ำชิ้นส่วนเข้าสู่กระบวนการทางความร้อน การอบคลายความเค้น การอบอ่อน การดึง หรือกระบวนการขึ้นรูปทางความร้อนอื่นๆ ที่สามารถส่งเสริมให้เกิดสารตกค้างฝังลึกลงไปบนผิวหน้าชิ้นงาน อันส่งผลให้ไม่สามารถกำจัดออกได้ในระหว่างกระบวนการสร้างฟิล์ม

• ควรระมัดระวังในการดำเนินการระหว่างกระบวนการทางความร้อนทั้งหมด ทั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการฟอร์มตัวของออกไซด์หรือการเปลี่ยนสีบนผิวหน้า (discoloration) การสร้างฟิล์มไม่ได้ออกแบบเพื่อกำจัดลักษณะการเปลี่ยนสีที่เกิดขึ้นบนผิวหน้าชิ้นงาน และจะไม่ซึมลึกเข้าไปในชั้นออกไซด์ที่หนา ในสถานการณ์ที่รุนแรง อาจจะเพิ่มขั้นตอนการล้างด้วยกรดเพื่อกำจัดคราบออกไซด์ (pickling and descaling) ก่อนกระบวนการสร้างฟิล์มเพื่อกำจัดลักษณะการเปลี่ยนสีที่เกิดขึ้นบนผิวหน้า ควรควบคุมบรรยากาศภายในเตาอบของทุกกระบวนการทางความร้อนเป็นอย่างดีเพื่อลดการเกิดสารตกค้างที่มากับบรรยากาศ และต้านทานการเกิดออกไซด์ เมื่อสามารถดำเนินการได้ตามคำแนะนำดังกล่าว ชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิมก็จะมีสมบัติต้านทานการเกิดสนิม

สรุป

จากข้อมูลที่กล่าวมา ผู้อ่านคงทราบแล้วว่าประสิทธิภาพที่ดีของโลหะผสมที่เราเสียค่าใช้จ่ายมาค่อนสูงนั้น เราจะดำเนินการอย่างไร การสร้างฟิล์มของเหล็กกล้าไร้สนิมเป็นกระบวนการที่เป็นทั้งศาสตร์และศิลป์นั้น เราต้องควบคุมกระบวนการขึ้นรูปทางกล การประกอบติดตั้ง และการปฏิบัติการทางความร้อนอย่างใกล้ชิด เนื่องสามารถส่งผลกระทบต่อสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนของชิ้นส่วนได้ เป็นที่ทราบกันดีว่า การสร้างฟิล์มบนผิวหน้าเหล็กกล้าไร้สนิมจะทำให้มีสมบัติต้านทานการกัดกร่อน แต่ควรตระหนักถึงประสิทธิภาพสูงสุดของโลหะผสมเหล่านี้ โดยผู้ที่เกี่ยวข้องทุกภาคส่วนที่เกี่ยวข้องกับการผลิตจะต้องเข้าใจถึงความรับผิดชอบต่อหน้าที่เพื่อให้เกิดความสมบูรณ์ของวัสดุตลอดกระบวนการสร้างฟิล์ม

เอกสารอ้างอิง

1. ASTM A 380 - 96 Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems

2. ASTM A 967 - 96 Standard Specification for Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel Parts

3. ASTM B 117 - 95 Standard Practices for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 9) : เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติก (Ferritic Stainless Steel)

สำหรับตอนนี้ เราจะมาเรียนรู้เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มที่ 2 กันนะครับ นั่นก็คือ กลุ่มเฟอริติก....

เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกจัดเป็นโลหะชนิดที่มีเหล็กเป็นส่วนผสมหลัก (Iron-based Alloy) โดยมีโครงสร้างผลึกเป็นแบบ BCC (Body-Centered Cubic) ทุกช่วงอุณหภูมิ [65-67] เนื่องจากไม่มีสมบัติในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึก (Non-Allotropic Property) [68] ดังนั้นโลหะผสมกลุ่มนี้จึงไม่สามารถเพิ่มความแข็งได้ด้วยกระบวนการอบชุบทางความร้อน [69] สามารถดูดติดแม่เหล็ก มีโครเมียมผสมในช่วง 10.5-30% [70] ซึ่งเป็นธาตุที่เพิ่มความเสถียรให้กับเฟสเฟอร์ไรต์ (Ferrite Stabilizer) ดังนั้นความเสถียรของโครงสร้างเฟอริติก [29] รวมทั้งความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้น เมื่อมีปริมาณโครเมียมเพิ่มขึ้น [65] นอกจากนี้ยังมีธาตุอื่นๆ ที่เติมลงไปเพื่อเพิ่มความเสถียรให้กับเฟสเฟอร์ไรต์ เช่น ซิลิคอน โมลิบดีนัม อะลูมิเนียม ฯลฯ [66] โครงสร้างจุลภาคประกอบไปด้วยเฟสเฟอร์ไรต์เป็นหลักและคาร์ไบด์ชนิดต่างๆ กระจายตัวอยู่ทั่วไปดังแสดงตัวอย่างในรูปที่ 1.11 ซึ่งคาร์ไบด์มักอยู่ในรูปของ เฟสซิกม่า (sigma phase) เฟสไช (chi phase) เฟสเลฟส์ (Laves-phase) [71-72] และคาร์ไบด์ชนิด M23C6 ซึ่งเฟสซิกม่าเป็นอนุภาคเชิงโลหะ (Intermetallic Particle) โดยทั่วไปมักลดความเหนียว (Ductility) และความแกร่ง (Toughness) รวมทั้งความต้านทานการกัดกร่อน [69]


เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกมีข้อดีหลายประการ ได้แก่ มีความต้านทานการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า [73] การแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนในสภาวะแวดล้อมที่มีคลอไรด์ (Chloride Stress Corrosion Cracking) [67, 72-78] การกัดกร่อนจากบรรยากาศ (Atmospheric Corrosion) [71, 74, 76] การเกิดออกซิเดชัน (Oxidation) [67, 74, 77, 79] การกัดกร่อนแบบรูเข็ม [67, 71, 76] การกัดกร่อนภายใต้รอยซ้อน [67, 71-72] นอกจากนี้ยังมีความต้านทานสิ่งแวดล้อมที่มีซัลเฟอร์เป็นองค์ประกอบที่อุณหภูมิสูง [73] ต้านทานต่อสารละลายกรดอินทรีย์และด่าง [72] และรักษาเสถียรภาพทางกลที่อุณหภูมิสูงได้ดี

แม้ว่ามีการนำเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มออสเตนนิติกไปประยุกต์ใช้งานค่อนข้างหลากหลาย อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนี้ พบว่าเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกมีปริมาณการเลือกใช้เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากปัจจัยต่างๆ ดังนี้ [67] 1) นิกเกิลซึ่งเป็นส่วนผสมหลักของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มออสเตนนิติกมีราคาสูงขึ้น 2) การผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกสามารถปรับปรุงเทคนิคและอุปกรณ์ในการผลิตได้มากขึ้น และ 3) นิกเกิลมีความเป็นพิษกับเนื้อเยื่อเมื่อนำไปเป็นวัสดุปลูกฝังในร่างกาย [80] แต่ข้อเสียของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติก คือ เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนและไนโตรเจนสูง [72] ซึ่งเป็นธาตุที่มีความสามารถในการละลายในโครงสร้างผลึกแบบ bcc ได้น้อย [61, 82] จึงมักเกิดการฟอร์มตัวของโครเมียมคาร์ไบด์หรือไนไตรด์ตามขอบเกรน ทำให้บริเวณข้างเคียงมีปริมาณโครเมียมลดลง (Chromium Depletion) ซึ่งส่งผลให้วัสดุมีความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน [29, 70, 74-75] และการแตกเปราะหลังการเชื่อมหรือหลังกระบวนการทางความร้อน หรืออาจกล่าวในอีกนัยหนึ่งได้ว่าวัสดุจะมีความไวต่อการเกิดคาร์ไบด์ในช่วงอุณหภูมิวิกฤติ หรือที่เรียกกันว่า “Sensitization” อย่างมากเมื่อเทียบกับกลุ่มออสเตนนิติก นอกจากนี้ สำหรับเกรดที่มีโครเมียมและโมลิบดีนัมผสมในปริมาณต่ำ ถ้าใช้งานหรือมีการบ่มแข็ง (Aging) ในช่วงอุณหภูมิ 500-950 องศาเซลเซียส จะเกิดการตกตะกอนของเฟสซิกม่า [71] สำหรับเกรดที่โครเมียมผสมสูงมากกว่า 18% เช่นเกรด AISI 446 มักมีความไวต่อการแตกเปราะในช่วงอุณหภูมิ 450-550 องศาเซลเซียส โดยเกิดการตกตะกอนของเฟสแอลฟ่าไพร์ม (alfa prime) ซึ่งเรียกปรากฏการณ์ดังกล่าวว่า การแตกเปราะที่อุณหภูมิ 475 C (475 C Embrittlement) [67, 71, 77] ทำให้วัสดุมีความเหนียวและความแกร่งลดลง โดยเวลาที่ใช้ในการตกตะกอนของเฟสแอลฟ่าไพรม์นั้นจะนานกว่าเวลาที่ใช้ในการเกิดคาร์ไบด์/ไนไตรด์ตามขอบเกรน (Sensitization) ดังนั้น การตกตะกอนของแอลฟ่าไพรม์จึงมักเกิดจากสภาวะการใช้งาน (In-service Exposure) ในขณะที่การเกิดคาร์ไบด์/ไนไตรด์ตามขอบเกรนจะเกิดในช่วงอุณหภูมิที่ส่งเสริมให้เกิดค่อนข้างสั้น เช่น ระหว่างกระบวนการทางความร้อนหรือการเชื่อม กล่าวคือ การฟอร์มตัวของคาร์ไบด์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิมากกว่าเวลา ซึ่งความแข็งที่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยยะสำคัญสามารถใช้เป็นดัชนีวัดความเปราะของวัสดุได้เมื่อเทียบกับชิ้นงานที่มีสภาพปกติ นอกจากนี้ เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกยังมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและมีความแกร่งต่ำ มีช่วงอุณหภูมิเปลี่ยนพฤติกรรมเหนียวไปเป็นเปราะ (Brittle-Ductile Transition Temperature) ที่สูงกว่าอุณหภูมิห้อง [67] และมีความไวต่อการแตกเปราะเมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่มีโฮโดรเจน (Hydrogen Embrittlement) [76, 82]

รูปที่ 1.11 โครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกเกรด AISI 443CT ซึ่งมีโครงสร้างพื้นฐานเป็นเฟอร์ไรต์ที่มักใช้ในการผลิตหม้อก๋วยเตี๋ยว

สำหรับตอนหน้าผมจะมานำเสนอประเภทต่างๆ คอยติดตามนะครับ.......

เอกสารอ้างอิง
[65] Eun-Young Na, Jae-Yong Ko, Shin-Young Baik. Electrochemical evaluation of crevice corrosion of 430 ferritic stainless steel using the microcapillary tube technique. Desalination 2005 ; 186 (1-3) : pp. 65-74.

[66] A. A. Guimarães, P. R. Mei. Precipitation of carbides and sigma phase in AISI type 446 stainless steel under working conditions. Journal of Materials Processing Technology 2004 ; 155-156 (30) : pp. 1681-9.

[67] YOU Xiang-mi, JIANG Zhou-hua, LI Hua-bing. Ultra-Pure Ferritic Stainless Steels—Grade, Refining Operation, and Application. Journal of Iron and Steel Research 2007 ; 14(4) : pp. 24-30.

[68] M. Aksoy, V. Kuzucu, M. H. Korkut. The influence of strong carbide-forming elements and homogenization on the wear resistance of ferritic stainless steel. Wear 1997 ; 211(2) : pp. 265-70.

[69] M. Aksoy, O. Yilmaz, M. H. Korkut. The effect of strong carbide-forming elements on the adhesive wear resistance of ferritic stainless steel. Wear 2001; 249(8): pp. 639-46.

[70] J.L. Cavazos. Characterization of precipitates formed in a ferritic stainless steel stabilized with Zr and Ti additions. Materials Characterization 2006; 56(2): pp.96-101.

[71] Thiago Fontoura de Andrade, Andrea Madeira Kliauga, Ronald Lesley Plaut, Angelo Fernando Padilha . Precipitation of Laves phase in a 28%Cr–4%Ni–2%Mo–Nb superferritic stainless steel. Materials Characterization 2008; 59(5): pp. 503-7.

[72] Peter Apata Olubambi, Johannes H. Potgieter, Lesley Cornish. Corrosion behaviour of superferritic stainless steels cathodically modified with minor additions of ruthenium in sulphuric and hydrochloric acids. Materials & Design 2009; 30(5): pp. 1451-7.

[73] H.F.G. de Abreu, A.D.S. Bruno, S.S.M Tavares, R.P. Santos, S.S. Carvalho. Effect of high temperature annealing on texture and microstructure on an AISI-444 ferritic stainless steel. Materials Characterization 2006; 57(4-5): pp. 342-7.

[74] Li-xin Wang, Chang-jiang Song, Feng-mei Sun, Li-juan Li, Qi-jie Zhai. Microstructure and mechanical properties of 12 wt.% Cr ferritic stainless steel with Ti and Nb dual stabilization. Materials & Design 2009; 30(1): pp. 49-56.

[75] Haitao Yan, Hongyun Bi, Xin Li, Zhou Xu. Microstructure and texture of Nb + Ti stabilized ferritic stainless steel. Materials Characterization 2008; 59(12): pp. 1741-6.

[76] Shinji Konosu, Tsuyoshi Nakaniwa. Hydrogen cracking of ferritic stainless steel thermal storage tanks. Eng Fail Anal 1998; 5(4): pp. 323-31.

[77] Y. Uematsu, M. Akita, M. Nakajima, K. Tokaji. Effect of temperature on high cycle fatigue behaviour in 18Cr–2Mo ferritic stainless steel. International Journal of Fatigue 2008; 30(4): pp. 642-8.

[78] Eun-Young Na, Jae-Yong Ko, Shin-Young Baik. Electrochemical evaluation of crevice corrosion of 430 ferritic stainless steel using the microcapillary tube technique. Desalination 2005; 186(1-3): pp. 65-74.

[79] D.C. Ahn, J.W. Yoon, K.Y. Kim. Modeling of anisotropic plastic behavior of ferritic stainless steel sheet. International Journal of Mechanical Sciences 2009; 51(9-10): pp. 718-25.

[80] G. Herting, I. Odnevall Wallinder, C. Leygraf. Corrosion-induced release of chromium and iron from ferritic stainless steel grade AISI 430 in simulated food contact. Journal of Food Engineering 2008; 87(2): pp. 291-300.

[81] Jeong Kil Kim, Yeong Ho Kim, Sang Ho Uhm, Jong Sub Lee, Kyoo Young Kim. Intergranular corrosion of Ti-stabilized 11 wt% Cr ferritic stainless steel for automotive exhaust systems. Corrosion Science 2009; 51(11): pp. 2716-23.

[82] A. Szummer, E. Jezierska, K. Lublinska. Hydrogen surface effects in ferritic stainless steels.
Journal of Alloys and Compounds 1999; 293-295: pp. 356-60.

ก้นบุหรี่ (cigarette butt) มีสมบัติเป็นสารยับยั้งการกัดกร่อน (inhibitor)

รูปที่ 1 ก้นบุหรี่มีสารนิโคติน 9 ชนิด เมื่อละลายในน้ำและมีความเข้มข้นที่เหมาะสมสามารถทำให้ปลาตายได้

บางครั้งเราอาจคิดว่า ของบางอย่างอาจเลวไปเสียหมด จนมองไม่เห็นคุณค่า ยกตัวอย่าง เช่น บุหรี่ หลายคนมองว่าเป็นสิ่งไม่ดีกับสุขภาพ ถูกต้องครับ เพราะว่าจากบทความทางวิชาการ (ตามภาพประกอบด้านล่างสุด) ได้กล่าวว่า "Cigarette butts, one of the most ubiquitous forms of garbage in the world, have been found to be toxic to saltwater and freshwater fish. Novotny indicates that the toxic chemical substances in one cigarette butt can kill half of the fish in 1 L of water every 96 h."

แต่ใช่ว่ามันจะไม่มีสิ่งดีเลย เพราะว่านักวิจัยชาวจีนได้ศึกษาและทดลองโดยสกัดเอาสารจากก้นบุหรี่ (รูปที่ 1) ด้วยเทคนิค LC และทดสอบพฤติกรรมต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าด้วยเทคนิคทางเคมีไฟฟ้าดังที่กล่าวว่า "In this study, the cigarette butts are applied as corrosion inhibitor for N80 steel at 90 °C in hydrochloric acid. The chemical compositions of the cigarette butt water extracts are detected by LC (liquid chromatography)/MS (mass spectrometry) and an IR (infrared) reaction analysis system. Weight loss and electrochemical techniques (such as potentiodynamic polarization and impedance measurements) are used to the evaluate corrosion inhibitive effect of cigarette butt water extracts on N80 steel at 90 °C in a hydrochloric acid solution."

ซึ่งเทคนิคที่ใช้ศึกษาพฤติกรรมความต้านทานการกัดกร่อน โดยการหาค่าอัตราการกัดกร่อน เราเรียกว่า เทคนิคเคมีไฟฟ้า (Electrochemical Technique) แบบ Potentiodynamic ตามมาตรฐานการทดสอบของ ASTM G5 โดยป้อนกระแสไฟฟ้าให้แก่ชิ้นงานทดสอบเพื่อเร่งให้เกิดการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า (Uniform Corrosion) และบันทึกการเปลี่ยนแปลงค่าศักย์ไฟฟ้า หน่วยเป็นโวลต์ (Volt) และค่ากระแสไฟฟ้า หน่วยเป็นแอมแปร์ (A) ในระหว่างการทดสอบ สำหรับสร้างเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างค่าศักย์ไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า เพื่อใช้หาค่ากระแสการกัดกร่อน (Corrosion Current) หรือ Icorr โดยอัตราการกัดกร่อนของชิ้นงานทดสอบสามารถคำนวณหาได้จากกฏฟาราเดย์ (Faraday’s Law) ดังนี้

อัตราการกัดกร่อน = K * a * Icorr/nDA

โดย a = มวลอะตอมของโลหะ
Icorr = ค่ากระแสการกัดกร่อน (ไมโครแอมแปร์)
n = จำนวนอิเล็กตรอนของโลหะที่สูญเสียในปฏิกิริยาการกัดกร่อน
D = ความหนาแน่นของโลหะ (กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร)
A = พื้นที่ผิวทั้งหมดของโลหะ (ตารางเซนติเมตร)
K = ค่าคงที่ (= 0.129 สำหรับอัตราการกัดกร่อนเป็น mpy)
(= 0.00327 สำหรับอัตราการกัดกร่อนเป็น mm/yr)
(= 3.27 สำหรับอัตราการกัดกร่อนเป็น mils/yr)

รูปที่ 2 Potentiostat (ระบบวัดการกัดกร่อน)

ตัวอย่างเครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบแสดงในรูปที่ 2 โดยในเซลล์ทดสอบการกัดกร่อนนั้น โลหะชิ้นงานทดสอบถูกนำมาต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้าเป็นขั้วทำงาน (Working Electrode) และใช้ Ag/AgCl (Silver/Silver Chloride) เป็นขั้วอ้างอิง (Reference Electrode) โดยมีขั้วที่สามเป็นขั้วป้อนพลังงาน (Counter Electrode) ทำจากแพลทินัม จุ่มอยู่ในสารละลายอิเลคโตรไลต์ (Electrolyte) ดังแสดงภาพจำลองในรูปที่ 3

รูปที่ 3 แผนภาพแสดงการเชื่อมต่อของอิเล็คโทรดกับระบบวัดการกัดกร่อน

ก่อนเริ่มทำการทดสอบ ค่าพารามิเตอร์ประกอบด้วย จำนวนอิเล็กตรอน พื้นที่ผิว ความหนาแน่น และมวลอะตอมของเหล็กกล้า ถูกป้อนเข้าสู่โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อใช้เป็นข้อมูลสำหรับการคำนวณหาอัตราการกัดกร่อน ต่อจากนั้นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ป้อนกระแสไฟฟ้าไปยังชิ้นงานทดสอบเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงค่าศักย์ไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ

หลังจากระยะเวลาการทดสอบประมาณ 3 ชั่วโมง 30 นาที โปรแกรมคอมพิวเตอร์สามารถแสดงเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างค่ากระแสและศักย์ไฟฟ้า จากนั้นนำข้อมูลที่ได้ไปวิเคราะห์ผลหาค่าอัตราการกัดกร่อนของชิ้นงานทดสอบในหน่วยของ mils per year (mpy) ตามลำดับต่อไป ซึ่งผลทดลองดังกล่าวได้เส้นโค้งโพลาไรเซชันดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 เส้นโค้งโพลาไรเซชัน

โดยสรุป จากการศึกษาแล้วพบว่าการสกัดสารจากก้นบุหรี่สามารถยับยั้งการกัดกร่อนให้กับเหล็กกล้าคาร์บอนเกรด N80 ดังนี้ "Results show that the inhibition efficiencies arrive at 94.6% and 91.7% in 10% and 15% (wt %) HCl solution, respectively, by adding 5% (wt %) inhibitor. In 20% HCl solution, they show a maximum inhibition efficiency of 88.4% by adding 10% inhibitor."

ผมไม่ได้มาแนะนำให้สูบบุหรี่นะครับ เพียงแต่มานำเสนออีกมุมหนึ่ง คือ การทดสอบหาอัตราการกัดกร่อนด้วย potentiostat ซึ่งประเทศที่มีประชากรมากที่สุดในโลก และแน่นอนล่ะ ก็ต้องมีปริมาณคนสูบบุหรี่สูงตามไปด้วย เขาคงไม่อยากให้ทิ้งลงแม่น้ำลำคลอง เพราะถ้ามีความเข้มข้นอาจทำให้ปลาตายดังที่กล่าวมาแล้ว จึงพยายามสกัดเพื่อนำมาใช้ประโยชน์จนพบว่าสามารถหน่วงการกัดกร่อนของเหล็กกล้าได้
ซึ่งรายละเอียดท่านสามารถหาดาวน์โหลดและอ่านได้ตามชื่อด้านล่าง