1.5.2.1 โลหะผสมโครเมียมต่ำ (10.5%) มักถูกใช้งานในสภาวะที่มีฤทธิ์กัดกร่อนปานกลาง เช่นเกรด AISI 405 และ AISI 409 ซึ่งเกรด AISI 409 เป็นเกรดที่มีการใช้งานมากที่สุดในกลุ่มเฟอริติก มีความต้านทานการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชันอยู่ในเกณฑ์พอใช้ มีความสามารถในการประกอบและแปรรูปที่ดี มีราคาในระดับปานกลาง มักนิยมใช้ทำเป็นชิ้นส่วนท่อไอเสียรถยนต์ (รูปที่ 1.12) ยกตัวอย่างเช่น เฮดเดอร์ (รูปที่ 1.12ก)
เกรด AISI 409 เป็นเกรดที่มีการเติมธาตุไทเทเนียมและไนโอเบียม เพื่อเพิ่มความเสถียรของคาร์ไบด์ [71] มีโครเมียมผสมอยู่ประมาณ 11% มีความต้านทานต่อออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงและรักษาเสถียรภาพทางกลที่อุณหภูมิสูงได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลิตภัณฑ์ที่เป็นแผ่นจะมีความสามารถในการแปรรูปที่ดี สามารถขึ้นรูปด้วยกระบวนการที่หลากหลาย แม้ว่าจะมีรูปร่างสลับซับซ้อน และมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ [77] จึงมักนำมาผลิตเป็นชิ้นส่วนในระบบกำจัดไอเสียรถยนต์ (Exhaust System) เนื่องจากมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน (ครอบคลุมช่วงการันตีของผู้ผลิตรถยนต์) น้ำหนักเบา และต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงรวดเร็ว ซึ่งในปัจจุบันมีการประยุกต์ใช้งานเพื่อเป็นชิ้นส่วนทดแทนเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกในระบบกำจัดไอเสียรถยนต์มากขึ้น
ระบบท่อไอเสียของรถยนต์สามารถแบ่งได้เป็น 2 ส่วน คือ ชิ้นส่วนที่ได้รับอุณหภูมิสูงและชิ้นส่วนที่ได้รับอุณหภูมิต่ำ (Hot and Cold End Parts) ตามช่วงอุณหภูมิการใช้งาน โดยชิ้นส่วนที่สัมผัสอุณหภูมิสูง (Hot End Part) เช่น ท่อรวมไอเสีย (Exhaust Manifold) จะมีอุณหภูมิการใช้งานมากกว่า 600 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิการใช้งานสูงสุดอาจมีค่าถึง 900 องศาเซลเซียส ในขณะที่หม้อพักไอเสีย (Muffler) และปลายท่อ (Tail Pipe) นั้น ถือว่าเป็นชิ้นส่วนของระบบไอเสียที่ได้รับอุณหภูมิต่ำ (Cold End Part) มีอุณหภูมิการใช้งานไม่เกิน 600 องศาเซลเซียส ลงมาจนถึงอุณหภูมิห้องหรืออาจต่ำกว่า ซึ่งชิ้นส่วนที่ได้รับอุณหภูมิต่ำมักสัมผัสกับช่วงอุณหภูมิที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนที่จุดน้ำค้าง (Dew Point Corrosion) ซึ่งเกรด AISI 409L มีคาร์บอนต่ำมักถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่สัมผัสกับอุณหภูมิต่ำ เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและมีราคาในระดับปานกลาง
การผลิตชิ้นส่วนในระบบกำจัดไอเสียนั้น มักนิยมใช้กระบวนการเชื่อมแก๊สแบบ GMAW เพื่อประกอบแต่ละชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน ซึ่งเมื่อนำไปใช้งานแล้ว มักเกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรน โดยเฉพาะในแนวกระทบร้อน (HAZ) ของชิ้นส่วน เนื่องจากสิ่งแวดล้อมในระบบไอเสียของรถยนต์มีฤทธิ์กัดกร่อนค่อนข้างรุนแรง โดยถ้ารถยนต์ถูกขับเป็นระยะทางไกลและเวลานานพอสมควร อุณหภูมิของแก๊สเสียจะมีค่ามากกว่า 300 องศาเซลเซียส และความชื้นที่อยู่ในแก๊สเสียไม่สามารถกลั่นตัวเป็นของเหลวได้ อย่างไรก็ตาม ถ้ารถถูกขับในระยะทางสั้นๆ อุณหภูมิของแก๊สเสียจะมีค่าไม่ถึง 300 องศาเซลเซียส ดังนั้นจึงส่งผลให้แก๊สเกิดการฟอร์มตัวและกลั่นเป็นหยดน้ำในบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำของหม้อพักไอเสียซึ่งมักมีองค์ประกอบของ Cl-, SO42-, SO32-, CH3COOH, CO32-, และ HCO3- และกรดอินทรีย์ [81, 84]
แม้ว่ากลไกการกัดกร่อนตามขอบเกรนของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกจะคล้ายกับเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มออสเตนนิติก อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกจะมีความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนมากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มออสเตนนิติก และเป็นที่ทราบกันดีว่าสารประกอบที่ตกตะกอนในเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกจะเกิดได้ง่ายกว่า เนื่องจากคาร์บอนและไนโตรเจนมีความสามารถในการละลายในโครงสร้างแบบเฟอร์ไรต์ได้น้อยกว่าโครงสร้างแบบออสเตนนิติก ดังนั้นเพื่อป้องกันการตกตะกอนของสารประกอบของโครเมียมตามขอบเกรน จึงสามารถทำได้โดยการลดปริมาณคาร์บอนและไนโตรเจนให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ และเติมธาตุที่เพิ่มความเสถียรได้แก่ ไทเทเนียมและไนโอเบียมลงไป ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนได้ดีกว่าโครเมียม และให้สมบัติต้านการกัดกร่อนที่ดีกว่า
ก) ท่อรวมไอเสีย
ข) ปลายท่อไอเสีย
รูปที่ 1.12 ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกเกรด AISI 409 ในระบบท่อไอเสีย
เอกสารอ้างอิง
[83] Dae Jin Ha, Chang-Young Son, Joon Wook Park, Jong Seog Lee, Yong Deuk Lee, Sunghak Lee. Effects of high-temperature hardness and oxidation on sticking phenomena occurring during hot rolling of two 430J1L ferritic stainless steels. Materials Science and Engineering: A 2008; 492(1-2): pp. 49-59.
[84] Seung Uk Lee, Jae Chen Ahn, Dong Hyun Kim, Seung Chan Hong, Kyung Sub Lee. Influence of chloride and bromide anions on localized corrosion of 15%Cr ferritic stainless steel. Materials Science and Engineering: A 2006; 434(1-2): pp. 155-9.
