เป็นความจริงที่ว่าเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกส่วนใหญ่มักมีความไวต่อการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนจากการเหนี่ยวนำของคลอไรด์ (Chloride-induced stress corrosion cracking; Cl-SCC) ซึ่งการเสียหายของเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยกลไกดังกล่าวนี้ จะต้องมีปัจจัยที่เกิดร่วมกันอยู่ 3 อย่าง คือ วัสดุอยู่ในสภาวะที่มีความไว มีความเค้นจากแรงกระทำและ/หรือตกค้างแบบแรงดึง และสัมผัสอยู่กับสิ่งแวดล้อมที่สามารถส่งเสริมให้เกิด SCC โดยความไวของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกต่อ Cl-SCC นั้น จะขึ้นอยู่กับปริมาณนิกเกิลและเงื่อนไขทางโลหะวิทยาของโลหะผสม เป็นที่ทราบกันดีว่า เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มที่นิยมนำมาใช้งาน คือ ออสเตนนิติก และในกลุ่มดังกล่าวนี้ เกรดที่มักถูกนำมาประยุกต์ใช้งาน ได้แก่ 304 304L 316 316L 321 และ 347 ซึ่งมีปริมาณนิกเกิล (7-10%) ที่สามารถส่งเสริมให้เหล็กกล้าไร้สนิมเหล่านี้มีความไวต่อ Cl-SCC จากความไวดังกล่าวนี้ ในกระบวนการเลือกใช้วัสดุและพิจารณาว่าวัสดุใดที่จะผ่านการประเมินนั้นมักประกอบด้วย การประเมินและทดสอบโดยใช้คูปอง (Coupon) โดยให้สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมการใช้งานจริง การใช้ชิ้นส่วนทดสอบที่ดัดเป็นรูปตัวยู (U-bend) การดึงอย่างช้าๆ ในอัตราที่คงที่ การทดสอบ compact tension และตัวอย่างที่ทดสอบ cantilever beam และผลการทดสอบสามารถประกันได้ว่าวัสดุที่เราเลือกจะไม่เกิด SCC ภายใต้สภาวะการทดสอบ ซึ่งขึ้นอยู่กับ เวลา อุณหภูมิและสิ่งแวดล้อม เมื่อได้วัสดุที่ผ่านการประเมินแล้ว จากนั้นก็มาออกแบบระบบโดยใช้วัสดุที่ผ่านการประเมินโดยที่นักออกแบบและผู้ใช้งานจะต้องมั่นใจว่าไม่เกิดการแตกร้าวเนื่องจากการกัดกร่อนแน่นอน อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาการใช้งานได้ผ่านไปซึ่งอาจเป็นวัน สัปดาห์ เดือน หรือปี เราอาจตรวจพบการเสียหายด้วยรูปแบบ Cl-SCC
รูปที่ 1 ท่อเหล้กกล้าไร้สนิมเกรด 304 ใช้งานใกล้ชายฝั่งเกิดการกัดกร่อนแบบ SCC ในแนวเชื่อม
ปัญหา
แม้ว่าจาการทดสอบและประเมินวัสดุที่เหมาะสมต่อสภาวะการใช้งาน โดยผลการประเมินชี้ให้เห็นว่าไม่เกิด SCC แล้วก็ตาม แต่ถ้าไม่ได้พิจารณาปัจจัยภายนอกที่สามารถส่งเสริมให้วัสดุเกิดการเสื่อมสภาพ ก็อาจทำให้ชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิมของเราเกิดความเสียหายได้ เช่น คลอไรด์จากบรรยากาศอาจตกค้างบนผิวด้านนอกของชิ้นงานได้ โดยเฉพาะบรรยากาศใกล้ชายฝั่งทะเล หรืออาจเกิดการละลายของคลอไรด์จากส่วนที่สัมผัสกับผิวหน้าของชิ้นส่วน (รูปที่ 1) การใช้ระบบ chlorine-activated curing ในปะเก็นยางซึ่งสามารถปล่อยสารที่มีองค์ประกอบของธาตุกลุ่มเฮไลด์ที่ส่งผลให้เกิด SCC และบางครั้งสารหล่อลื่นก็อาจเป็นแหล่งที่มีคลอไรด์เจือปนด้วย การทาสีผิวหน้าของท่อเหล็กกล้าไร้สนิม (รูปที่ 2) สามารถนำไปสู่ SCC ได้ ถ้าสีมีองค์ประกอบของคลอไรด์ที่ละลายออกมาได้ ฉนวนโดยส่วนใหญ่มักมีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ และโดยส่วนใหญ่แล้ว ระบบท่อมักอยู่ภายใต้การรับแรงดึง ซึ่งเราจะพบปัญหาการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนกันความร้อน (Corrosion Under Insulation; CUI) กันอยู่บ่อยๆ โดยการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นมักขยายตัวด้วยกลไก SCC (รูปที่ 3-4) สารทำความสะอาดและตัวทำละลายหลายชนิดมักมีส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนที่มีคลอไรด์เจือปน (Chlorinate hydrocarbon) ดังนั้นการใช้สารละลายดังกล่าวบนผิวหน้าและบริเวณใกล้เคียงเหล็กกล้าไร้สนิมสามารถให้คลอไรด์ที่ส่งผล SCC ได้ สารทำความสะอาดและสารแทรกซึมที่ใช้ในการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (Non-destructive testing) เพื่อหารอยร้าวนั้นมีคลอไรด์ และการใช้งานอาจทำให้เกิด SCC ในแนวเชื่อมของชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิมในระหว่างการตรวจสอบคุณภาพแนวเชื่อม นอกจากนี้ ถ้าเรามาพิจารณาเหตุการณ์ในชีวิตประจำวันหรับความเสียหายของชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิม แม้ไม่ใช่การเสียหายด้วยกลไก SCC ก็ตาม ยกตัวอย่างเช่น เสาที่บังแดด-ฝนตามป้ายรถเมล์หรือราวสะพานที่เป็นเหล็กกล้าไร้สนิม เราจะพบว่า ในบริเวณที่มีการติดสติกเกอร์หรือแผ่นโฆษณาชนิดที่ลอกออกได้นั้น สามารถสังเกตเห็นการกัดกร่อนได้อย่างชัดเจนในบริเวณที่กาวติดอยู่ ซึ่งนอกจากกาวจะมีองค์ประกอบของคลอไรด์แล้ว ลักษณะที่เหนียวของกาวยังทำให้เกิดการเกาะติดของฝุ่นผงโลหะ เมื่อทำปฏิกิริยากับความชื้น ก็นำไปสู่การกัดกร่อนกับชิ้นส่วนเหล่านั้น
รูปที่ 2 การทาสีบนท่อเหล็กกล้าไร้สนิม
รูปที่ 3 ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304 เกิดการกัดกร่อนภายใต้ฉนวนกันความร้อน
รูปที่ 4 ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 304L ลำเลียงไอน้ำเกิดความเสียหายด้วยกลไก SCC ภายใต้ฉนวนกันความร้อน
ในหนังสือตำรับตำรา บทความทางวิชาการ และมาตรฐาน ASTM เช่น C871 ได้อธิบายถึงความสำคัญของการพิจารณาคลอไรด์ที่มาจากปัจจัยภายนอกในขั้นตอนการออกแบบและการเลือกใช้เหล็กกล้าไร้สนิมที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานไว้แล้วก็ตาม แต่ในทางปฏิบัติแล้ว ส่วนใหญ่มักพิจารณาเฉพาะสิ่งแวดล้อมภายใน จนละเลยที่จะพิจารณาปัจจัยภายนอกที่จะส่งผลเสียหาย เช่นในบางกรณี เราพบว่าหลังจากติดตั้งระบบท่อเหล็กกล้าไร้สนิมไปได้ไม่นาน กลับพบว่าเสียหายด้วยกลไก SCC ยกตัวอย่าง เช่น การเอาหมึกที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบไปทาลบคำว่า “ท่อไอน้ำ” บนผิวท่อ ในกาลต่อมาได้มีเหตุการณ์ต้อง shutdown ระบบทำให้ผิวด้านนอกท่อเกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ และได้ละลายเอาคลอไรด์ที่อยู่ในหมึกนั้นเกิดเป็นสิ่งแวดล้อมที่คลอไรด์ปริมาณสูง และเกิดการเสียหายด้วย SCC ในที่สุด นี่คือเหตุการณ์จริง ไม่ได้โม้ และไม่ควรมองข้าม (ตัวอย่างที่ไม่ทำแสดงในรูปที่ 5)
รูปที่ 5 การใช้หมึกสีทำเครื่องหมายบนชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิม
การเสียหายด้วยกลไก Cl-SCC ในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกนั้น โดยทั่วไปต้องมีปัจจัยครบทั้ง 3อย่างพร้อมกันดังที่กล่าวมาแล้ว โดยส่วนมากแล้วเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกจะไวต่อการ SCC ถ้ามีความเค้นมากระทำและในขณะเดียวกันก็สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่คลอไรด์ ซึ่งอยู่ในรูปสารละลายจะเป็นอิเลคโตรไลต์ในกระบวนการทางเคมีไฟฟ้า (Electrochemical Process) นำไปสู่การแตกร้าว การพัฒนาของรอยแตกนั้นจะเป็นกระบวนการที่มีการบ่มตัวและขยายตัว โดยเวลาในการบ่มตัว (Incubation time) และอัตราการเติบโตของรอยร้าว (Crack growth rate) จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สมบัติทางเคมีของอิเล็กโตรไลต์ และสภาวะของความเค้น ดังนั้น การที่เราไม่ตรวจพบรอยร้าวในวันนี้ ไม่ได้หมายความว่าในอนาคตมันจะไม่เกิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณที่มีความไว เช่น ใต้รอยซ้อนของปะเก็นและฉนวน เป็นต้น การกลั่นตัวของความชื้นบนผิวหน้าระบบสามารถนำไปสู่การละลายของคลอไรด์ และในบางกรณี อาจมีการก่อตัวของอิล็กไตรไลต์ที่มีคลอไรด์สูงถ้าผิวหน้ามีการทำความสะอาดหรือหล่อลื่นด้วยสารประกอบที่คลอไรด์เป็นองค์ประกอบ แม้ว่าความเค้นแรงดึงซึ่งสำคัญต่อการเกิด SCC ไม่ได้เกิดขึ้นในระหว่างการใช้งาน แต่การเชื่อม การเจียรผิวหน้า และการได้รับอุณหภูมิไม่คงที่ ก็สามารถทำให้เกิดความเค้นตกค้างแรงดึง (Residual tensile stress) ก็สามารถทำให้เกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อนได้ และแม้ว่าจะมีการรายงานไว้ว่า Cl-SCC ในเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกมักเกิดในช่วงอุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 40-50 องศาเซลเซียสก็ตาม แต่มีหลายงานวิจัยได้กล่าวว่าอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการแตกร้าวในเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นมีค่าต่ำกว่าระดับดังกล่าว และการแตกร้าวยังสามารถตรวจพบได้แม้การใช้งานที่อุณหภูมิห้อง
โดยสรุป เมื่อใดก็ตามที่ต้องมีการใช้เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกประกอบเป็นชิ้นส่วนหรือโครงสร้างทั้งที่สภาวะอุณหภูมิห้องหรือสูงกว่า ควรระมัดระวังในประเด็นดังนี้
1. ลดหรือขจัดการสัมผัสกันระหว่างผิวหน้าโลหะกับสิ่งแวดล้อมที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ
2. งดการใช้งานสารทำความสะอาดที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ และสารที่ใช้ในการตรวจสอบแบบไม่ทำลายควรปราศจากคลอไรด์ (ถ้าไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ควรล้างความสะอาดหลังการตรวจสอบ)
3. หลีกเลี่ยงการเจียรผิวหน้าและการปฏิบัติการอื่นๆที่ส่งเสริมให้เกิดความเค้นตกค้างแรงดึงบนผิวหน้า (โปรดจำไว้ว่า บริเวณที่มีการเย็นตัวสุดท้ายมักจะมีความเค้นตกค้างแรงดึงเกิดขึ้น)
4. ถ้ามีปัญหาการแตกร้าวเกิดขึ้นบนผิวหน้าด้านนอก สิ่งที่ควรดำเนินการคือ การตรวจสอบวัสดุที่สามารถละลายคลอไรด์ออกมาสู่ผิวหน้าได้ โดยควบคุมให้คลอไรด์ที่ละลายออกมาได้ต้องไม่เกิน 100 ppm
5. ดำเนินการลดความเป็นไปได้ในการเกิดการกลั่นตัวของความชื้นเป็นหยดน้ำบนผิวหน้าชิ้นส่วน
การดำเนินการตามข้อเสนอแนะดังกล่าวสามารถลดความเสียหายที่จะเกิดรุนแรงต่อชิ้นส่วนหรือระบบของเราได้
“เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกที่สัมผัสกับสารสำหรับยึดติด สารที่ทำเครื่องหมาย ปะเก็น ฉนวน หรือแม้แต่หมึกซึ่งสามารถละลายคลอไรด์ออกมาได้อาจทำให้เกิดการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อนในบริเวณนั้นๆ ได้”
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น