การกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion)

โดยปกติขอบเกรนมักจะเกิดปฏิกิริยาได้ง่ายกว่าเนื้อเกรนอยู่แล้ว โดยขอบเกรนจะแสดงตัวเป็นขั้วอาโนด(สูญเสียเนื้อโลหะ) ภายในเกรนจะแสดงตัวเป็นขั้วคาโธด หากบริเวณขอบเกรนมีอนุภาคอื่นๆมาตกตะกอนอยู่ หรือมีธาตุหนึ่งมากหรือน้อยเกินไป ขอบเกรนอาจจะถูกกัดกร่อนหรือทำปฏิกิริยาได้ง่ายขึ้นอีก เมื่อการกัดกร่อนเกิดขึ้นได้ระยะเวลาหนึ่ง บริเวณพื้นที่ที่แสดงตัว เป็นอาโนดจะเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงไป การกัดกร่อนก็จะเกิดกระจายอยู่ทั่วไปเป็นแบบการกัดกร่อนทั่วผิวหน้ากัดเซาะทั้งก้อน บริเวณที่เป็นอาโนด/คาโธด จะเปลี่ยนตลอดเวลา

แต่ถ้าบริเวณขอบเกรนแสดงตัวเป็นอาโนดตลอดเวลา การกัดกร่อนก็จะเกิดเฉพาะบริเวณขอบเกรนตลอดเวลา เป็นการกัดกร่อนที่เรียกว่าการกัดกร่อนตามขอบเกรน (Intergranular Corrosion) เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก เกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรนได้ หากนำไปใช้งานอย่างไม่เหมาะสม โดยทั่วไปเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกทนการกัดกร่อนได้ดี แต่ถ้าเหล็กประเภทนี้ได้รับอุณหภูมิในช่วง 415-850 องศาเซลเซียส (sensitization) เป็นเวลานานพอสมควร จะทำให้เกิดโครเมียมคาร์ไบด์ตามขอบเกรน โครเมียมที่เดิมเคยอยู่ในเนื้อเหล็กและคอยป้องกันการกัดกร่อนให้เหล็กก็จะมารวมตัวกับคาร์บอน ทำให้บริเวณใกล้ๆ หรือชิดกับขอบเกรนมีโครเมียมต่ำกว่าร้อยละ 12 ซึ่งถือว่าบริเวณนี้ไม่ใช่เหล็กกล้าไร้สนิมอีกต่อไป ดังนั้นบริเวณที่มีโครเมียมต่ำตามขอบเกรนจึงถูกกัดกร่อนได้ง่ายกว่าบริเวณอื่น ตัวอย่างของการเสียหายด้วยกลไกการกัดกร่อนตามขอบเกรนแสดงในรูปที่ 1-6

รูปที่ 1 การตกตะกอนของคาร์ไบด์ตามขอบเกรนส่งผลให้เกิดบริเวณที่พร่องโครเมี่ยม



บางท่านอาจจะยังไม่เข้าใจ คำว่า sensitization นะครับ คือ การให้ความร้อนแก่ชิ้นงานในช่วงอุณหภูมิที่เหนี่ยวนำให้เกิดการจับตัวกันระหว่างโครเมียมกับคาร์บอน เกิดเป็นสารประกอบโครเมียมคาร์ไบด์ และมาตกตะกอนที่ขอบเกรน (อุณหภูมิระหว่าง  415-850 องศาเซลเซียส) ขอบเกรนของวัสดุก็เปรียบเสมือนชายแดน คือ มักมีความไม่เสถียร พวกโจรพวกก่อการร้ายมักมากบดาน มักมีการสู้รบ ตอนนี้ ชายแดนไทย-เขมรก็กำลังรบกับ ชายแดนไทย-มาเลเซียก็มีโจรก่อการร้าย ชายแดนไทย-พม่าก็มีการยิงกันของชนกลุ่มน้อย (สถานการณ์ในช่วงต้นปี 2554) ซึ่งสร้างความเสียหายให้กับประเทศข้างๆ คาร์ไบด์ก็เช่นเดียวกัน เมื่อเกิดขึ้นแล้วส่งให้วัสดุที่อยู่ข้างเกิดการเสื่อมสภาพจนไม่สามารถใช้งานต่อไปได้ บริเวณข้างเคียงที่มีโครเมียมลดลง (Chromium Depleted Zone) จะสูญเสียความต้านทานต่อการกัดกร่อน เมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจึงเกิดความเสียหาย ทำให้เนื้อโลหะไม่ประสานกัน สมบัติทางกลจึงต่ำลงตามไปด้วย ไม่ว่าจะเป็นความแข็งแรง การต้านทานแรงกระแทก เมื่อรับแรงเกินพิกัดจึงแตกตามขอบเกรนในที่สุดดังรูปที่ 3

รูปที่ 2 ภาพจำลองการแตกตามขอบเกรน

รูปที่ 3 ภาพถ่าย SEM แสดงผิวหน้าแตกหักตามขอบเกรนของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 321

รูปที่ 4 ภาคตัดขวางของโครงสร้างจุลภาคแสดงการกัดกร่อนตามขอบเกรน

บางครั้งเราอาจจะพบสารประกอบตกตะกอนตามขอบเกรนทั้งที่อุณหภูมิการใช้งานไม่ถึงช่วงที่เหนี่ยวนำให้เกิดคาร์ไบด์หรือ sensitization ลักษณะดังกล่าวแสดงว่ากระบวนการเชื่อมไม่ได้คุณภาพ การแก้ปัญหาดังกล่าว คือ

1. ลดเวลาในการเชื่อม ถ้าให้ความร้อนสูง ก็จะทำให้ใช้เวลาในการเชื่อมนานขึ้น
2. ทำการอบคลายความเค้นหลังการเชื่อม ซึ่งปกติจะเรียกว่า Quench Annealing หรือ Solution Quenching ปกติเหล็กกล้าไร้สนิมจะปฏิบัติการที่อุณหภูมิประมาณ 1050 องศาเซลเซียส เวลาก็ขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงาน เพื่อลดอิทธิพลของความเครียด ที่เรียกว่า strain-induced martensite , cold work hardening
3. ควบคุมปริมาณออกซิเจน ไม่ให้เข้าไปในเนื้อวัสดุ โดยการพ่นแก็สไนโตรเจน
4. ประเมินผลทางโลหะวิทยา
5. Solution annealing : ให้ความร้อนโลหะผสมที่ 1050 C เพื่อให้คาร์ไบด์สลายตัว จากนั้นทำให้อย่างรวดเร็ว
6. Low-carbon alloy modifications : ลดคาร์บอนให้ต่ำกว่า 0.03% สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก (304L, 316L) หรือต่ำกว่า 50ppm สำหรับกลุ่มเฟอริติก
7. Stabilization treatment : เติมธาตุที่เพิ่มความเสถียรให้กับคาร์ไบด์ (Ti, Nb) ในการหลอม :Types 347 and 321 stainless steels.
8. Environmental measures : ลดความเป็นกรดและสภาวะแบบออกซิไดซิ่งให้ต่ำ จะช่วยลดความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน

ซึ่งวิธีการที่กล่าวมานี้สามารถป้องกันการเกิดความเสียหายด้วยกลไกการแตกตามขอบเกรน

รูปที่ 5 ภาพถ่าย SEM แสดงการตกตะกอนตามขอบเกรน

รูปที่ 6 ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วย EDS แสดงให้เห็นว่าสารตกตะกอนคือโครเมียมคาร์ไบด์

การควบคุมหรือลดการกัดกร่อนตามขอบเกรนของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกและอะลูมิเนียมสามารถทำได้ดังตารางด้านล่าง

จรรยาบรรณนักวิเคราะห์ความเสียหาย (9) : ethical behavior

จรรยาบรรณนักวิเคราะห์ความเสียหายข้อที่ 6


"วิศวกรต้องรับผิดชอบต่องานและผลงานในวิชาชีพของตน"


จรรยาบรรณข้อนี้นั้น เราต้องคำนึงอยู่เสมอว่างานทุกอย่างที่ทำไปนั้น ตนต้องรับผิดชอบตลอดเวลาตามข้อตกลง แม้กระทั่งงานที่ตนรับผิดชอบนั้น อาจได้รับผลกระทบจากภัยธรรมชาติ และสิ่งที่คาดไม่ถึง เราจะต้องติดตามผลงานที่เกิดจากการวิเคราะห์ ทดสอบของตน ที่อาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อผู้ว่าจ้าง หรือสาธารณชน ถ้าเห็นว่าเกิดปัญหา จะต้องดำเนินการแก้ไขอย่างเร่งด่วน ไม่ต้องรอให้เจ้าของงานทักท้วงก่อน

การสึกกร่อน (Erosion Corrosion)

เป็นรูปแบบการสูญเสียของวัสดุที่เกิดร่วมกันระหว่างปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าและการกระทำทางกล คำว่า "สึกกร่อน" ผมคิดว่าน่าจะมาจาก คำว่า การสึกหรอ สนธิกับ คำว่า กัดกร่อน เลยกลายเป็นคำว่า สึกกร่อน (หรือเปล่า ไม่ใช่) ไม่เป็นไร นั่นไม่ใช่ประเด็น..

เมื่อมีการเสียดสีและการสึกกร่อนเกิดขึ้นกับโลหะ ในขณะเดียวกันโลหะได้สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนด้วย ทำให้โลหะอยู่ภายใต้สภาวะการรับแรงทางกลและทางเคมีไปพร้อมๆ กัน ซึ่งส่งผลให้เกิดการการทำลายและการเสื่อมสภาพของโลหะอย่างรวดเร็ว บางครั้งอาจเรียกรูปแบบดังกล่าวว่า การสึกกร่อน

การกัดกร่อนประเภทนี้เริ่มจากการกัดกร่อนที่มีของไหล ไหลผ่านโลหะและมักไหลด้วยความเร็วสูง หากของไหลนี้มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เมื่อโลหะเริ่มสึกจะทำให้โลหะเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายขึ้น หากโลหะนั้นมีฟิล์มปกคลุมผิวได้ การไหลของของไหล อาจทำให้ฟิล์มถูกทำลายไปบางส่วน ถ้าฟิล์มนี้สามารถเกิดขึ้นใหม่ได้อย่างง่ายและรวดเร็ว การกัดกร่อนก็จะไม่รุนแรงนัก แต่ถ้าฟิล์มใหม่เกิดขึ้นได้ช้าก็จะทำให้การกัดกร่อนเกิดขึ้นรุนแรงและรวดเร็ว ตัวอย่างชิ้นส่วนท่อไอน้ำ (Boiler Tube) ที่เกิดการกัดกร่อน-สึกกร่อนและเกิดการรั่วในที่สุดแสดงในรูปที่ 1 โดยแนวเชื่อมต่อท่อที่นูนขึ้นทำให้เปลี่ยนพฤติกรรมการไหลของน้ำไปเป็นแบบปั่นป่วน

รูปที่ 1 การกัดกร่อน – สึกกร่อนของท่อลำเลียงไอน้ำ

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 16) : เกรดต่างๆของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก (Grades of Martensitic Stainless Steel)

ตัวอย่างเกรดของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติกที่มีการประยุกต์ใช้งานกันอย่างกว้างขวาง มีดังนี้

เกรด AISI 403 เป็นเกรดที่มีโครเมียม 12% คาร์บอน 0.1% และแมงกานีส 0.25% มีความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงดีเยี่ยม มีสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงในระดับดี และต้านทานการแผ่รังสีในระดับปานกลาง จึงมักผลิตเป็นชิ้นส่วนใบพัดในกังหันไอน้ำความดันต่ำ (Low Pressure Steam Turbine) [98] ในระบบผลิตกระแสไฟฟ้า และในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ [101] เช่น ท่อทนแรงดันในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มักใช้โลหะผสมเซอร์โคเนียม แต่เนื่องจากโลหะผสมเกรด AISI 403 มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนใกล้เคียงกับท่อแรงดันโลหะผสมเซอร์โคเนียม ที่สำคัญคือมีราคาที่ต่ำกว่ามาก จึงสามารถทดแทนกันได้ นอกจากนี้ ถ้าผ่านการอบคลายความเค้นแล้วสามารถนำมาใช้เป็นชิ้นส่วนข้อต่อในเตาปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูงได้

เกรด AISI 410 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกที่มีคาร์บอนต่ำ เป็นเกรดที่นิยมนำไปประยุกต์ใช้งานกันมากในกลุ่มมาร์เทนซิติก มีโครเมียมในช่วง 10.5-13.5% คาร์บอนไม่เกิน 0.15% และแมงกานีสและซิลิคอนไม่เกิน 1% มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี รวมทั้งมีความแข็งและความแข็งแรงสูง ซึ่งสมบัติเหล่านี้ได้จากกระบวนการอบชุบทางความร้อน มักประยุกต์ใช้งานในสภาวะที่ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนในระดับปานกลางและมีสมบัติทางกลสูง เช่น สปริง มีด เครื่องครัว เครื่องมือ ฯลฯ นอกจากนี้ ยังนิยมผลิตเป็นชิ้นส่วนทางอุตสาหกรรมเป็นจำนวนมาก ได้แก่ ชิ้นส่วนฮาร์ดดิสก์ แม่พิมพ์พลาสติก สกรู วาล์ว เพลา และตลับลูกปืน เป็นต้น [93] เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อน มีความแข็งแรงสูง และมีความแกร่งสูง

เกรด AISI 420 เป็นอีกเกรดหนึ่งในกลุ่มมาร์เทนซิติกที่ถูกนำมาใช้งานกันอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน มีโครเมียมในช่วง 12-14% และคาร์บอนอย่างน้อย 0.15% มีสมบัติต้านทานการกัดกร่อนใกล้เคียงกับเกรด AISI 410 แต่มีความแข็งแรงและความแข็งสูงกว่า ความต้านทานการกัดกร่อนที่สูงสุดได้จากการอบชุบทางความร้อนและผ่านการอบคลายความเค้นตกค้างเท่านั้น มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี และมีความแข็งสูง ซึ่งส่งผลให้มีความต้านทานแรงเสียดทานสูง ต้านทานต่อการเปลี่ยนทั้งแรงและความร้อนแบบทันทีทันใด และมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่สูง [102] จึงมักผลิตเป็นชิ้นส่วนเครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร เครื่องมือผ่าตัดและทำฟัน กรรไกร เทป ใบพัดกังหันและชิ้นส่วนวาล์ว ชิ้นส่วนเครื่องจักรของโรงงานผลิตอาหาร แต่โลหะผสมเกรดดังกล่าวสามารถใช้งานในสภาวะที่อุณหภูมิสูงไม่เกิน 427 องศาเซลเซียส เนื่องจากถ้าอุณหภูมิสูงมากกว่านี้ ความแข็งของวัสดุจะลดลงอย่างรวดเร็ว (Rapid Softening) และสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน คุณสมบัติเหล่านี้ได้จากการควบคุมธาตุผสมในสัดส่วนที่เหมาะสมได้แก่ ไนโตรเจน 0.1% นิกเกิล 1% และ โมลิบดีนัม 1.7% [103] รวมทั้งมีการควบคุมกระบวนการทางความร้อนที่เหมาะสม

เกรด AISI 431 เป็นเกรดที่มีโครเมียม 15-17% นิกเกิล 1.25-2.5% แมงกานีสไม่เกิน 1% และคาร์บอนไม่เกิน 0.2% ส่วนใหญ่มักถูกเลือกใช้ในสภาวะหลังจากการชุบและอบคลายความเค้น (Quenched and Tempered Conditions) เนื่องจากให้สมบัติทางกลที่ดี เช่น มีความแข็งและความแข็งแรงสูง ต้านทานแรงกระแทกดีเยี่ยม [87] มีความต้านทานการกัดกร่อนดีที่สุดในบรรดาเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก [104] จึงมักผลิตเป็นชิ้นส่วนอากาศยาน สลักภัณฑ์ สลักเกลียว วาล์ว อุปกรณ์สัมผัสสารเคมี เครื่องมืองานผ่าตัด เพลา ปลอกหุ้มเพลา เป็นต้น

เกรด AISI 440 มีโครเมียมผสมอยู่ในช่วง 16-18% และมีคาร์บอนสูงในช่วง 0.65-1.2% มีสมบัติทางกลที่ดี อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการกัดกร่อนของเกรดนี้จะต่ำที่สุดในบรรดาเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยกัน [105] เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนสูง ซึ่งมีโอกาสการตกตะกอนของคาร์ไบด์ได้มาก แม้ว่าจะมีโครเมียมใกล้เคียงกับเกรด AISI 304 ก็ตาม มักผลิตเป็นชิ้นส่วนตลับลูกปืน บ่าวาล์ว ใบมีดคุณภาพสูง เครื่องมืองานผ่าตัด และสิ่ว เป็นต้น

ตอนต่อไปจะนำเสนอ เกรด super martensitic คอยติดตามนะครับ

เอกสารอ้างอิง
[101] J. S. Dubey, S. L. Wadekar, J. K. Chakravartty. Elevated temperature fracture toughness of AISI 403 martensitic stainless steel. Journal of Nuclear Materials 1998; 254(2-3): pp. 271-4.

[102] Yun-tao Xi, Dao-xin Liu, Dong Han. Improvement of corrosion and wear resistances of AISI 420 martensitic stainless steel using plasma nitriding at low temperature. Surface and Coatings Technology 2008; 202(12): pp. 2577-83.

[103] I. Calliari, M. Zanesco, M. Dabalà, K. Brunelli, E. Ramous. Investigation of microstructure and properties of a Ni–Mo martensitic stainless steel. Materials & Design 2008: 29(1): pp. 246-50.

[104] http://www.suppliersonline.com/propertypages/431.asp.

[105] C. T. Kwok, K. H. Lo, F. T. Cheng, H. C. Man. Effect of processing conditions on the corrosion performance of laser surface-melted AISI 440C martensitic stainless steel. Surface and Coatings Technology 2003; 166(2-3): pp. 221-30.

เทคโนโลยีการกัดกร่อน ระดับ 1 (Corrosion Technology Level 1)

เชิญทุกท่านสมัครเข้าร่วมการอบรมทางวิชาการเรื่อง เทคโนโลยีการกัดกร่อน ระดับ 1 (Corrosion Technology Level 1) ซึ่งจัดโดยศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ร่วมกับ สมาคมการกัดกร่อนโลหะและวัสดุไทย
วันที่ 24 - 25 กุมภาพันธ์ 2554
สถานที่ ห้อง M120 อาคารเอ็มเทค อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย จ.ปทุมธานี

หัวข้อการบรรยาย
1. เทคโนโลยีการกัดกร่อนขั้นพื้นฐาน
2. รูปแบบการกัดกร่อน กลไกการกัดกร่อนและวัสดุต้านทานการกัดกร่อน
3. วิธีทดสอบการกัดกร่อน
4. กรณีศึกษาการกัดกร่อนของชิ้นส่วนทางวิศวกรรมในภาคอุตสาหกรรม
5. การป้องกันการกัดกร่อนขั้นพื้นฐาน

กำหนดการ

24 กุมภาพันธ์ 2554

08.30 – 09.00 ลงทะเบียน
09.00 – 10.30 การบรรยาย “เทคโนโลยีการกัดกร่อนขั้นพื้นฐาน”
โดย ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์

10.30 – 10.45 พักรับประทานอาหารว่าง

10.45 – 12.00 การบรรยาย “รูปแบบการกัดกร่อน และกลไกการกัดกร่อน”
โดย คุณโฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว

12.00 – 13.00 พักรับประทานอาหารกลางวัน

13.00 – 14.30 การบรรยาย “เทคนิคการวิเคราะห์พฤติกรรมการกัดกร่อน”
โดย ดร.วนิดา พงศ์ศักดิ์สวัสดิ์

14.30 – 14.45 พักรับประทานอาหารว่าง

14.45 – 16.15 การบรรยาย “การวิเคราะห์ความเสียหายของชิ้นส่วนเนื่องจากการกัดกร่อน”
โดย คุณสยาม แก้วคำไสย์

16.15 – 16.30 ถาม – ตอบ

25 กุมภาพันธ์ 2554

09.00 - 10.30 การบรรยาย "กรณีศึกษา: การกัดกร่อนโดยปัจจัยสิ่งแวดล้อม"
โดย คุณสยาม แก้วคำไสย์

10.30 – 10.45 พักรับประทานอาหารว่าง

10.45 – 12.00 การบรรยาย “กรณีศึกษา: การกัดกร่อนโดยปัจจัยด้านโลหะวิทยา”
โดย คุณโฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว

12.00 – 13.00 พักรับประทานอาหารกลางวัน

13.00 – 14.30 การบรรยาย “การเลือกใช้วัสดุสำหรับสิ่งแวดล้อมกัดกร่อน”
โดย ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์

14.30 – 14.45 พักรับประทานอาหารว่าง

14.45 – 16.15 การบรรยาย “การป้องกันการกัดกร่อนขั้นพื้นฐาน”
โดย ดร.วนิดา พงศ์ศักดิ์สวัสดิ์

16.15 – 16.30 ถาม – ตอบ

ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่
https://www2.mtec.or.th/eventnstda/Template/index.aspx?EventID=S11004&ContentID=539

รูปแบบการเสียหายของวัสดุ : การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบทันทีทันใด (Thermal Shock)

Thermal shock เป็นกลไกการเสียหายที่เกิดขึ้นกับวัสดุที่มีการกระจายตัวของความร้อนต่างกัน (เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วหรือทันทีทันใด) ถ้าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมากจนทำให้วัสดุเกิดความเค้นเนื่องจากความร้อน (Thermal Stress) และมีค่าสูงกว่าความแข็งแรงของวัสดุ ก็อาจนำไปสู่การแตกหักของวัสดุได้ โดยเฉพาะในกรณีที่วัสดุถูกตรึงไว้กับที่ไม่มีอิสระในการเคลื่อนที่ ดังนั้นเมื่อจะทำการเลือกวัสดุเพื่อมาใช้งาน สิ่งที่ต้องสนใจเป็นพิเศษ คือ เงื่อนไขการปฏิบัติการของระบบหรือชิ้นส่วนต่างๆ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการป้องกันการเกิด Thermal Shock ที่จะเกิดขึ้น นักออกแบบควรเลือกวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนและค่าการจุความร้อนที่เหมาะสมสำหรับสภาวะสิ่งแวดล้อมการใช้งานที่กำหนดไว้ ในขณะที่ค่าความเค้นตกค้าง (จากการยิงเม็ดทรายหรือเม็ดเหล็ก) สามารถช่วยลดการเกิด Thermal Stress ในระหว่างการเกิด Thermal Shock ได้ นั่นคือการป้องกันการแตกหักของวัสดุได้อีกวิธีหนึ่ง

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 15) : สมบัติด้านต่างๆของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก (Properties of Martensitic Stainless Steel)

สมบัติทางกลของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก จะขึ้นอยู่กับกระบวนการทางความร้อนเป็นหลัก ยกตัวอย่าง เช่น ปริมาณและขนาดของสารที่ตกตะกอนภายในโครงสร้างจะส่งผลกระทบต่อความแข็ง ความแข็งแรง ความแกร่ง การสึกหรอ และการกัดกร่อน [87, 89-90, 93] แต่ถ้ามีเดลต้าเฟอร์ไรต์มักจะลดความแข็งแรง ความแกร่ง และความต้านทานการกัดกร่อน ความแข็งแรงที่ได้หลังจากกระบวนการทางความร้อนจะขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน โดยถ้าปริมาณคาร์บอนมากขึ้น ความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้น แต่ความเหนียวและความแกร่งจะลดลง โลหะผสมดังกล่าวจะมีความแข็งหลังผ่านการอบอ่อนอยู่ในช่วง 20-40 HRC ส่วนความต้านทานการเสียดสีของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีปริมาณธาตุคาร์บอนเพิ่มขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ ถ้ามีคาร์บอนละลายในโครงสร้างพื้นมากเกินไป จะลดอุณหภูมิของการเกิดโครงสร้างมาร์เทนไซต์ (Ms) ส่งผลให้มีปริมาณออสเตนไนต์เหลือค้างเพิ่มขึ้น และส่งเสริมให้เกิดการตกตะกอนซ้ำของคาร์ไบด์ในระหว่างการอบคลายความเค้น (Tempering) เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนสามารถละลายได้มากในเฟสออสเตนไนต์ ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็ม เนื่องจากเกิดบริเวณพร่องโครเมียม ดังนั้นการควบคุมตัวแปรต่างๆ ที่เกี่ยวกับกระบวนการทางความร้อนให้เหมาะสมจึงเป็นสิ่งที่สำคัญมาก ทั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการตกตะกอนของคาร์ไบด์และการฟอร์มตัวของเดลต้าเฟอร์ไรต์ และต้องมั่นใจว่ามีการเปลี่ยนโครงสร้างเป็นมาร์เทนไซต์ที่สมบูรณ์และสม่ำเสมอ เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกที่ผ่านการอบคลายความเค้นด้วยวิธีการที่ถูกต้องเหมาะสม จะต้านทานแรงกระแทกและมีความเหนียวที่อุณหภูมิติดลบเพิ่มขึ้น [91]

คาร์ไบด์ที่ตกตะกอนเป็นจำนวนมากในเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก จะลดความต้านทานแรงกระแทก ความแข็งที่อุณหภูมิสูง และความต้านทานการกัดกร่อน ในขณะที่ออสเตนไนต์เหลือค้างจะลดความต้านทานแรงดึง ความแข็งและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ แต่บางครั้งพบว่าสามารถส่งผลกระทบเชิงบวกต่อความต้านทานการสึกหรอ ต้านทานการล้าตัว และเพิ่มความเหนียวระหว่างการใช้งาน [90] ถ้าเป็นชิ้นส่วนที่มีคมตัด เช่น ใบมีดสำหรับหั่นหรือเฉือน จะสามารถคงความคมได้ดี ทั้งนี้อาจมีการเติมไนโอเบียม ซิลิคอน ทังสเตน หรือวาเนเดียม เพื่อปรับปรุงสมบัติที่ได้หลังจากการอบคลายความเค้น และอาจเติมนิกเกิลในปริมาณเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความแกร่ง นอกจากนี้อาจเติมซัลเฟอร์และเซลีเนียมในบางเกรด เพื่อเพิ่มความสามารถในการตกแต่งทางกล

สมบัติโดยรวมของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก ได้แก่ มีสมบัติทางกลสูง มีความต้านทานการกัดกร่อนในระดับปานกลาง และสามารถใช้งานในสภาวะที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิขึ้น-ลงได้ดี [94] จึงเหมาะต่อการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ เช่น เครื่องผลิตไอน้ำ ท่อทนแรงดัน เครื่องมืองานตัด และแท่นขุดเจาะน้ำมัน เป็นต้น และจากคุณสมบัติที่มีความต้านทานการสึกหรอ จึงมักนำไปผลิตเป็นชิ้นส่วนใบพัดกังหัน ตลับลูกปืน และเครื่องมือผ่าตัด เป็นต้น

สำหรับเกรดที่มีคาร์บอนต่ำมักผลิตเป็นชิ้นส่วนใบพัดไฮดรอลิกส์ หม้อปั๊ม และชิ้นส่วนวาล์วในโรงไฟฟ้า และยังมีการประยุกต์ใช้ในโรงงานปิโตรเคมี กลั่นน้ำมันกลางทะเล เนื่องจากวัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงสูง มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี มีความเหนียว และมีความแกร่งที่อุณหภูมิต่ำที่ดีเยี่ยม [92] สำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกมีสิ่งที่ควรระวังคือ อาจมีเฟอร์ไรต์เหลือค้างภายในโครงสร้างพื้นแบบมาร์เทนซิติก ซึ่งส่งผลกระทบต่อสมบัติทางกลและการกัดกร่อนของวัสดุในระหว่างใช้งาน แต่อาจส่งผลที่ดีต่อการเพิ่มความต้านทานต่อการร้าวล้าเนื่องจากความร้อน [95]

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกมักนำไปทำชิ้นส่วนในสภาวะรับแรงเสียดสี การกัดกร่อน และการสึกหรอร่วมกับการกัดกร่อน เช่น ชิ้นส่วนในหอกลั่น ปั๊มของเหลวและสารเคมี แม้ว่าวัสดุเกรดดังกล่าวมีสมบัติทางกลสูงและต้านทานการกัดกร่อนในระดับปานกลางก็ตาม แต่ถ้าอยู่ภายใต้สภาวะที่สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการสึกกร่อน โดยเฉพาะสภาวะที่มีอนุภาคของแข็งเจือปนในสารละลายของเหลว จะทำให้ประสิทธิภาพการใช้งานลดลงอย่างมาก เนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิดร่วมกันระหว่างกลไกการเสียดสีและการกัดกร่อน [96] สำหรับชิ้นส่วนประเภทเพลาบดที่สภาวะการใช้งานจริงอาจอยู่ภายใต้สภาวะการกัดกร่อน สึกกร่อน และเกิดการแตกร้าวล้าจากความร้อน และบางครั้งความแข็งอาจไม่สูงพอต่อการต้านทานการสึกหรอ ดังนั้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนให้มีความต้านทานการสึกหรอเพิ่มขึ้น จึงมักนำชิ้นส่วนไปปรับปรุงสมบัติของผิวหน้าด้วยวิศวกรรมพื้นผิว (Surface Engineering) เช่น การเคลือบด้วยกระบวนการไนไตรดิง (Nitriding) [97] หรือโบรอนไนซิง (Boronizing) [98] กระบวนการดังกล่าวจะทำให้ผิวหน้าวัสดุมีความแข็งเพิ่มขึ้น สำหรับกระบวนไนไตรดิง นอกจากจะเพิ่มความแข็งที่ผิวหน้าให้กับชิ้นงานแล้ว ยังส่งผลต่อสมบัติด้านการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมด้วย ซึ่งได้รับอิทธิพลจากการแพร่ของไนโตรเจนเข้าไปในผิวหน้าเหล็กกล้า [99] นอกจากนี้ การทำพลาสมาไนไตรดิง (Plasma Nitriding) [100] เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้กับชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมผลิตยา อาหาร แม่พิมพ์ และในงานด้านโยธา โดยสามารถเพิ่มความแข็งที่ผิวหน้า ทำให้มีความต้านทานต่อการล้าตัวและต้านทานต่อการสึกหรอเพิ่มขึ้น

สำหรับตอนหน้าผมจะมานำเสนอตัวอย่างเกรดของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติกที่มีการประยุกต์ใช้งานกัน...คอยติดตามนะครับ

เอกสารอ้างอิง

[93] M. C. Tsai, C. S. Chiou, J. S. Du, J. R. Yang. Phase transformation in AISI 410 stainless steel. Materials Science and Engineering A 2002; 332(1-2): pp. 1-10.


[94] D. H. Mesa, A. Toro, A. Sinatora, A. P. Tschiptschin. The effect of testing temperature on corrosion–erosion resistance of martensitic stainless steels. Wear 2003; 255(1-6): pp. 139-45.

[95] Y. C. Lin, S. C. Chen. Effect of residual stress on thermal fatigue in a type 420 martensitic stainless steel weldment. Journal of Materials Processing Technology 2003; 138(1-3): pp. 22-7.

[96] A. Toro, A. Sinatora, D. K. Tanaka, A. P. Tschiptschin. Corrosion–erosion of nitrogen bearing martensitic stainless steels in seawater–quartz slurry. Wear 2001; 251(1-12): pp. 1257-64.

[97] S. K. Kim, J. S. Yoo, J. M. Priest, M. P. Fewell. Characteristics of martensitic stainless steel nitrided in a low-pressure RF plasma. Surface and Coatings Technology 2003; 163-164: pp. 380-5.

[98] Sang Yul Lee, Gwang Seok Kim, Bum-Suk Kim. Mechanical properties of duplex layer formed on AISI 403 stainless steel by chromizing and boronizing treatment. Surface and Coatings Technology 2004; 177-178: pp. 178-84.

[99] C.X. Li, T. Bell. Corrosion properties of plasma nitrided AISI 410 martensitic stainless steel in 3.5% NaCl and 1% HCl aqueous solutions. Corrosion Science 2006; 48(8): pp. 2036-49.

[100] K. Wu, G.Q. Liu, L. Wang, B.F. Xu. Research on new rapid and deep plasma nitriding techniques of AISI 420 martensitic stainless steel. Vacuum 2009, In Press, Accepted Manuscript, Available online 11 December 2009.

การสัมมนาทางเทคนิค : นวัตกรรมการเคลือบผิวป้องกันการกัดกร่อนสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องจักรกล

การสัมมนาทางเทคนิค

เรื่อง “นวัตกรรมการเคลือบผิวป้องกันการกัดกร่อนสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องจักรกล”

วันที่ 11 กุมภาพันธ์ 2554 เวลา 8.30 – 15.30 น.

ณ ห้องประชุม M120 อาคารเอ็มเทค

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ

อุทยานวิทยาศาสตร์ประเทศไทย อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี

จัดโดย

สมาคมการกัดกร่อนโลหะและวัสดุไทย

ค่าลงทะเบียน
• สมาชิกสมาคมฯ ได้รับการยกเว้นค่าลงทะเบียน
• บุคคลทั่วไป 1,200 บาท/ท่าน

การลงทะเบียน
• กรอกข้อความลงในใบสมัคร และส่งทางโทรสาร หมายเลข 0 2564 6332
• สำรองที่นั่งทาง e-mail : tcma.info@tcma.or.th
**เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่นั่งในการสัมมนาเต็ม โปรดทำการลงทะเบียนตามช่องทางดังกล่าวเพื่อสำรองที่นั่งเอาไว้ก่อน แล้วค่อยดำเนินการโอนเงินชำระค่าลงทะเบียนในภายหลัง**

การชำระค่าลงทะเบียน
• เงินสด
• โอนเงินเข้าบัญชี สมาคมการกัดกร่อนโลหะและวัสดุไทย ธนาคารกรุงเทพ จำกัด (มหาชน)
ประเภทออมทรัพย์ สาขาอุทยานวิทยาศาสตร์ เลขที่บัญชี 080-0-08061-6 (กรุณาส่งหลักฐานการโอนเงินพร้อมระบุชื่อ, หน่วยงาน และหลักสูตรที่สมัครมาทางโทรสาร 0 2564 6332)

หมายเหตุ
- อัตราค่าลงทะเบียนรวมค่าอาหารว่าง และอาหารกลางวัน
- รับจำนวนจำกัด เพียง 40 ท่าน เท่านั้น