กรณีตัวอย่าง: การเสียหายของท่อ AISI 304 (corrosion failure of AISI 304 pipe)

รูปที่ 1 ท่อเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 304 ที่เกิดความเสียหาย

            หลายท่านอาจเคยสงสัยว่า เพราะเหตุใดชิ้นส่วนที่ผ่านการเชื่อมจึงมักเกิดความเสียหายในบริเวณแนวเชื่อมมากกว่าบริเวณอื่น ในกรณีตัวอย่างนี้อาจทำให้ท่านหายสงสัยได้บ้างไม่มากก็น้อย

ชิ้นส่วนท่อเหล้กกล้าไร้สนิม AISI 304 (รูปที่ 1)  เกิดการกัดกร่อนและรั่วหลังจากผ่านการใช้งานได้ประมาณ 6 เดือน ซึ่งเร็วเกินไปใช่ไหมครับ ซึ่งกรณีตัวอย่างนี้จะเสนอแง่มุมบางส่วน กล่าวคือจะเน้นการกัดกร่อนในรูปแบบจุลภาค ท่อดังกล่าวผ่านการเชื่อม TIG  ใช้ในการลำเลียงน้ำสะอาด เป็นที่ทราบกันดีว่ากระบวนการเชื่อม TIG ที่มีการหลอมเพียงโละพื้น (Autogenous Welding Process) โดยไม่มีการเติมลวดเชื่อม (No Filler Metal) นั้น มักส่งผลให้โครงสร้างในแนวหลอมละลายมีลักษณะคล้ายกับโครงสร้างที่ได้จากการหล่อ (Cast Structure) คือ มีโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเดนไดร์ของเดลต้าเฟอร์ไรต์ที่มีโครเมียมสูง (Chromium-rich Delta Ferrite) ประมาณ 2-10% ฟอร์มตัวอยู่ในโครงสร้างพื้นแบบออสเตนนิติกที่มีนิกเกิลสูง (Ni-rich Cored Austenite)  ดังรูปที่ 2 โครงสร้างลักษณะดังกล่าวเกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็วในระหว่างการเชื่อม เนื่องจากในระหว่างการเย็นตัวจะเกิดการฟอร์มตัวของโครงสร้างเดลต้าเฟอร์ไรต์ปฐมภูมิเป็นของแข็ง (Primary Delta Ferrite Solidify) ในแนวหลอมละลาย จากนั้นโครงสร้างเดลต้าเฟอร์ไรต์จะเปลี่ยนโครงสร้างไปเป็นออสเตนไนต์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ถูกควบคุมโดยการแพร่ (Diffusion-controlled Process) ดังนั้น เมื่อมีการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว จึงส่งผลให้การเปลี่ยนเฟสจากเดลต้าเฟอร์ไรต์ไปเป็นออสเตนไนต์เกิดขึ้นอย่างไม่สมบูรณ์ ถ้าเดลต้าเฟอร์ไรต์ที่เกิดขึ้นประมาณ 3-8% จะสามารถลดการแตกร้อนในระหว่างการเย็นตัวของแนวเชื่อมได้ แต่ถ้ามีปริมาณมากกว่า 10% จะลดสมบัติทางกล นอกจากนี้ยังจะไวต่อการกัดกร่อนอีกด้วย

รูปที่ 2 โครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเดนไดร์ของเดลต้าเฟอร์ไรต์ที่มีโครเมียมสูงฟอร์มตัวอยู่ในโครงสร้างพื้นแบบออสเตนนิติกที่มีนิกเกิลสูง

การเกิดโครงสร้างเดลต้าเฟอร์ไรต์ในแนวเชื่อมสามารถส่งเสริมให้บริเวณแนวหลอมละลายเกิดการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า ซึ่งเป็นผลกระทบมาจากความแตกต่างของโครงสร้างจุลภาค (Micro-galvanic Effect) ระหว่าง inter-dendritic Cr-rich delta ferrite กับ cored Ni-rich austenite กล่าวคือ โครงสร้างเดลต้าเฟอร์ไรต์ซึ่งมีโครเมียมสูงทำให้โครงสร้างออสเตนนิติกที่อยู่ใกล้เคียงมีโครเมียมลดลง (Cr-depleted Zone) นอกจากนี้บริเวณดังกล่าวมักมีการแยกตัวตกตะกอนแบบจุลภาค (Micro-segregation) ของ impurity และ alloying elements ซึ่งการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้าในบริเวณดังกล่าวนี้ จะส่งเสริมให้เกิดเป็นจุดเริ่มต้นในการขยายตัวของรูเข็มให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้เป็นอย่างดี  ถ้าสารละลายมีการเจือปนอิออนของธาตุหมู่ 7 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ครอไรด์  ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 3 ซึ่งพบการกัดกร่อนในรอยต่อระหว่างโครงสร้างจุลภาคทั้งสองคล้ายการกัดกร่อนตามขอบเกรน บางครั้งอาจเรียกว่า การกัดกร่อนแบบเลือกละลายเฉพาะเฟสเดลต้าเฟอร์ไรต์ (Selective Dissolution of Delta Ferrite) ดังภาพขยายในรูปที่ 4

รูปที่ 3 การกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า ซึ่งเป็นผลกระทบมาจากความแตกต่างของโครงสร้างจุลภาค (Micro-galvanic Effect) ระหว่าง inter-dendritic Cr-rich delta ferrite กับ cored Ni-rich austenite

รูปที่ 4 การกัดกร่อนแบบเลือกละลายเฉพาะเฟสเดลต้าเฟอร์ไรต์ (Selective Dissolution of Delta Ferrite)

จากการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคพบการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นในบริเวณรอยต่อระหว่างโลหะพื้นและแนวหลอมละลายรุนแรงมากกว่าบริเวณอื่นนั้น ลักษณะดังกล่าวสามารถอธิบายได้ว่า ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะพื้น ซึ่งมีโครงสร้างจุลภาคแบบเฟสเดียว คือ ออสเตนไนต์ มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าบริเวณเนื้อโลหะที่ผ่านการเชื่อม ซึ่งมีโครงสร้างแบบ 2 เฟส และเป็นที่ทราบกันดีว่า การเชื่อมมักส่งผลให้วัสดุมีสมบัติที่แย่ลงทั้งสมบัติทางกลและการกัดกร่อน และถ้าพิจารณาในระดับมหภาคของท่อบริเวณแนวเชื่อมเมื่อสัมผัสกับอิเล็กโตรไลต์แล้ว แนวเชื่อมจะแสดงตัวเป็นแอโนด (จ่ายอิเล็กตรอน) ในขณะที่วัสดุพื้นจะแสดงตัวเป็นคาโธด (รับอิเล็กตรอน) นอกจากนี้ยังมีปัจจัยเรื่องความแตกต่างของพื้นที่ (Area Effect) กล่าวคือ พื้นที่แอโนดมีขนาดเล็กแต่มีพื้นที่คาโธดใหญ่ ก็ยิ่งจะเป็นตัวเร่งให้เกิดการกัดกร่อนแบบเฉพาะจุดให้เร็วยิ่งขึ้น และจากการตรวจสอบแนวหลอมละลายที่กำลังขยายสูงด้วย SEM พบการขยายตัวคล้ายกับการกัดกร่อนตามขอบเกรนดังแสดงในรูปที่ 5 สำหรับความไวต่อการกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้าบริเวณ fusion zone สามารถลดได้โดยการ annealing หลังการ welding ด้วยวิธีการที่เหมาะสม

รูปที่ 5 ภาพถ่าย SEM แสดงการกัดกร่อนตามขอบเกรนแบบ Selective Dissolution of Delta Ferrite

สมมุติว่าท่อถูใช้งานภายใต้สภาวะสิ่งแวดล้อมแบบเปียกที่มีคลอไรด์อิออนเจือปน (Chloride Containing Wet Environment) ฟิล์มป้องกันการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกอาจถูกทำลายในบริเวณที่เป็นจุดอ่อน เช่น สารฝังใน ขอบเกรนคู่แฝด (Twin Boundary) เฟสที่ตกตะกอน รอยต่อระหว่างโครงสร้างที่ต่างกัน และฟิล์มไม่สามารถซ่อมแซมขึ้นมาใหม่ได้ ทำให้คลอไรด์ไอออนสามารถแพร่เข้าตามจุดบกพร่องดังกล่าว และเกิดการฟอร์มเป็นรูเข็ม (Formation of Pit) โดยทำปฏิกิริยาเคมีกับอะตอมของโลหะและฟอร์มตัวเป็นโลหะคลอไรด์ จากนั้น โลหะคลอไรด์จะเกิดการแยกตัวเป็นไฮดรอกไซด์ของโลหะและกรดไฮโดรคลอริกด้วยกระบวนการไฮโดรไลซิส และกระบวนการดังกล่าวจะส่งผลให้ภายในโพรงมีค่า pH ลดลง และการสลายตัวของโลหะหรือการขยายตัวของรูเข็มจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและรวดเร็ว ในที่สุดก็เกิดการรั่วทะลุที่มีลักษณะดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 โครงสร้างจุลภาคตามแนวยาวท่อแสดงการขยายตัวของของ pitting corrosion

เป็นที่ทราบกันดีว่า การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมจะเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยาและมีความเค้นตกค้างเกิดขึ้น ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างของฟิล์มป้องกันที่มีสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำโดยเกิดการแตกร้าว และมีความไวต่อการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่ได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ซึ่งการแตกร้าวของฟิล์มป้องกันจะเป็นตัวแปรสำคัญในการเพิ่มความไวต่อการกัดกร่อนเฉพาะที่ เช่น การกัดกร่อนแบบรูเข็ม และการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน อย่างไรก็ตามปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้โดยการผ่านกระบวนการทางความร้อนที่เหมาะสมหลังการเชื่อมรวมทั้งการทำความสะอาดผิวหน้าอย่างระมัดระวัง

เอกสารอ้างอิง
[1] E. Mohammadi Zahrani et al. pitting of 316L stainless steel in flare piping of a petrochemical plant. Eng Fail Anal 2009, In Press, Corrected Proof, Available online 15 October 2009.
[2] B.T. Lu et al. pitting and stress corrosion cracking behavior in welded austenitic stainless steel. Electrochimica Acta 2005; 50(6): pp. 1391-403.
[3] C. Garcia et al. Pitting corrosion of welded joints of austenitic stainless steels studied by using an electrochemical minicell. Corrosion Science 2008; 50(4): pp. 1184-94.
[4] Lin Cui et al. Pitting and galvanic corrosion behavior of stainless steel with weld in wet-dry environment containing CI⁻. Journal of University of Science and Technology Beijing 2007; 14(6): pp. 517-22.
[5] B.T. Timofeev et al. Corrosion and mechanical strength of welded joints of downcomers for RBMK reactors, Int. J. Pres. Ves. Pip 1999; 76(5): pp. 299–307.
[6] Kou S. Welding metallurgy. 2nd ed. John Wiley & Sons; 2003.
[7] M. Suresh Kumar et al.  Failure analysis of a stainless steel pipeline. Eng Fail Anal 2008; 15(5): pp. 497-504.
[8] Fontana MG. Corrosion engineering. 3rd ed. New York: McGraw-Hill; 1986.
[9] Wei Wu et al. Corrosion failure analysis of stainless steel components for maleic anhydride plant. Eng Fail Anal 2009, In Press, Corrected Proof, Available online 10 November 2009.
[10] Sedek P et al. Pitting corrosion of the stainless steel ventilation duct in a roofed swimming pool. Eng Fail Anal 2008; 15(4): pp. 281–6.
[11] Khedra AA et al. The influence of chloride ions in sulphuric acid on the corrosion behaviour of stainless steel. Surf Technol 1984; 23(2):pp. 151–8.
[12] Annual book of ASTM standard practice for seamless and welded austenitic stainless steel pipes, A312/A 312M-0, vol. 01.01.; 2009.

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 25) : กระบวนการเพิ่มความแข็งให้กับเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน (heat treatment of precipitation hardening stainless steel)

ต่อจากตอนที่แล้วนะครับ ยังคงอยู่ในเรื่องเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มทำให้แข็งขึ้นดดยการตกตะกอน

เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอนสามารถเพิ่มความแข็งโดยกระบวนการทางความร้อน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมีขั้นตอนพื้นฐาน 3 อย่าง [138, 145] ดังนี้

1)   การให้ความร้อนเพื่อทำให้สารละลายเป็นเนื้อเดียว (Solution Treatment)

กระบวนการดังกล่าวประกอบด้วยการให้ความร้อนค่อนข้างสูง ซึ่งเหล็กกล้าไร้สนิมมักให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิ 980-1120 องศาเซลเซียส เพื่อให้สารประกอบที่ตกตะกอนและธาตุผสมเกิดการละลายในลักษณะที่อิ่มตัวอย่างยิ่งยวด (Supersaturated Solution) ขั้นตอนดังกล่าวสามารถดำเนินการได้อย่างต่อเนื่อง เช่น ในระหว่างกระบวนการรีดร้อน (Hot Rolling) ซึ่งมักเรียกสภาวะดังกล่าวว่า “Mill Anneal” หรือ “Condition A” [141] 

2)   การชุบแข็ง หรือ การเย็นตัว (Quenching or Cooling)

หลังจากโลหะผสมได้รับความร้อนจนกลายเป็นสารละลายที่อิ่มตัวอย่างยิ่งยวดแล้ว จะถูกทำให้เย็นตัวมาที่อุณหภูมิห้อง โดยอาจทำการเย็นตัวในอากาศ น้ำมันหรือน้ำก็ได้ แต่จะต้องมีอัตราการเย็นตัวเร็วเพียงพอ เพื่อให้วัสดุอยู่ในสภาวะของสารละลายของแข็งที่อิ่มตัวอย่างยิ่งยวด (Supersaturated Solid Solution) และควรควบคุมอัตราการเย็นตัวในขั้นตอนดังกล่าว เพื่อให้ชิ้นส่วนมีประสิทธิภาพดีที่สุด โดยทั่วไป ถ้าการเย็นตัวจากช่วงอุณหภูมิสูงมีอัตราต่ำ มักส่งผลให้วัสดุได้ลักษณะของเกรนที่หยาบ (Coarse Grain Size) มากกว่าอัตราการเย็นตัวสูงจากช่วงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่า ประสิทธิภาพของวัสดุสามารถปรับปรุงได้โดยการควบคุมให้เกรนมีลักษณะที่เล็กละเอียด (Fine Grain Size)  

3)   การเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน (Precipitation or Age Hardening)

เพื่อให้สารละลายของแข็งที่อิ่มตัวอย่างยิ่งยวดเกิดการแยกตัวของเฟสที่สอง มีลักษณะเป็นกลุ่มของอนุภาคที่ตกตะกอนเล็ก ๆ (Small Precipitate Cluster) กระจายตัวทั่วไปในโลหะพื้น ซึ่งขึ้นอยู่กับเวลาและ/หรืออุณหภูมิ เพื่อเพิ่มความต้านทานของโลหะพื้นไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเนื่องจากแรงกระทำ เป็นการเพิ่มความแข็งแรงให้กับวัสดุ สำหรับโลหะผสมบางชนิด อาจเกิดการตกตะกอนที่อุณหภูมิห้องหลังจากที่ทิ้งไว้ระยะหนึ่ง ซึ่งเรียกกระบวนการดังกล่าวว่า “Natural Aging” แต่ถ้ามีการให้ความร้อนเพื่อเร่งหรือส่งเสริมให้เกิดการแข็งขึ้นของโลหะผสมจะเรียกกระบวนการดังกล่าวว่า “Artificial Aging” [146]

ความสัมพันธ์เชิงคุณลักษณะระหว่างความแข็งและอุณหภูมิบ่มแข็งของ PH ประเภทออสเตนนิก

ถ้าควบคุมตัวแปรในขั้นตอนการบ่มแข็งไม่ถูกต้องเหมาะสม โดยเฉพาะอุณหภูมิที่สูงกว่าค่าปกติ อาจนำไปสู่ปรากฏการณ์การบ่มแข็งมากเกินไป (Over-aging) ซึ่งวัสดุจะมีความสามารถในการยืดตัวมากขึ้น ทั้งนี้เกิดจากอนุภาคที่เพิ่มความแข็งแรงให้กับวัสดุมีขนาดเพิ่มขึ้น เมื่อเกรนหยาบขึ้นจะส่งผลให้วัสดุมีความแข็งลดลง และสามารถกล่าวในอีกนัยหนึ่งได้ว่า วัสดุมีความสามารถในการยืดตัวเพิ่มขึ้นหรือมีความเหนียวเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ถ้าวัสดุมีความแข็งเพิ่มขึ้นในระหว่างการบ่มแข็ง จะส่งเสริมให้วัสดุมีความไวต่อการแตกเปราะเนื่องจากไฮโดรเจน (Hydrogen Embrittlement)

สมบัติด้านต่างๆ ของ 17-7PH ที่อุณหภูมิบ่มแข็งต่างๆ

 

ข้อดีของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน คือ ความสามารถในการเพิ่มความแข็งได้ด้วยกระบวนการทางความร้อน ซึ่งทำให้วัสดุสามารถตกแต่งทางกลได้ง่าย และหลังจากการตกแต่งทางกลหรือการแปรรูปด้วยวิธีการอื่น ยังสามารถเพิ่มความแข็งแรงให้กับชิ้นส่วนได้โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ โดยที่ชิ้นส่วนไม่เกิดการบิดเบี้ยว การอบชุบทางความร้อนนอกจากจะเพิ่มความแข็งแรงให้กับวัสดุแล้วยังช่วยลดความเค้นตกค้าง สำหรับการขึ้นรูปเย็นไม่แนะนำให้ทำหลังการบ่มแข็ง เนื่องจากหลังจากการบ่มแข็งวัสดุจะมีความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน อาจนำไปสู่การบ่มแข็งที่มากเกินไป (Excessive Over-aging)

ตารางเปรียบเทียบระหว่างเกรด 17-7PH และ A-286

เอกสารอ้างอิง:

[138]  http://www.smihq.org/public/publications/past_articles/jan06_zubek.pdf

[141]  M. Aghaie-Khafri, F. Adhami. Hot deformation of 15-5 PH stainless steel. Materials Science and Engineering: A 2010; 527(4-5): pp. 1052-7.

[146]  Samuels, Leonard. Metals Engineering: A Technical Guide. Editor: Carnes Publication Services Inc. ASM International, 1988, pp. 368-9.

ศาสตร์ของการวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก (Fractography)

เมื่อวัสดุได้รับความเสียหายที่เกี่ยวเนื่องจากการแตกหัก เมื่อนำผิวหน้าที่แตกหักมาวิเคราะห์พบว่ารายละเอียดบนผิวหน้าดังกล่าวสามารถที่จะบ่งบอกถึงตำแหน่งของจุดเริ่มต้นการแตกหัก ทิศทางการขยายตัวของรอยแตก กลไกการเกิดความเสียหาย จุดบกพร่องภายในวัสดุ ร่องรอยการทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความเค้นในปริมาณที่ต่างกัน ชนิดของแรงที่กระทำ อื่นๆ อีกมากมาย

ถ้าใครสนใจอยากเรียนรู้เจอกันได้ที่ งานสัมนาเชิงปฏิบัติการที่พัทยานะครับ..ผมเป็นคนบรรยาเองครับ

Outline:

· History of Fractography

· What is Fractography?
· How do we perform fractography?
· Macroscopically Visible Fractographic Features

§ Ductile & brittle

§ Chevron mark

§ Radial mark

§ Ratchet mark

· Microscopically Visible Fractographic Features

§ Ductile

· Dimple

o Equi-axed dimple

o Shear dimple

§ Brittle

· Cleavage facets

· Intergranular facets

· Striations

· Fatigue Fracture

§ Macroscopic feature

§ Microscopic features

§ Torsional

§ Bending

· Other Fracture Modes

§ Hydrogen embrittlement

§ Quench fracture

§ Stress corrosion cracking

§ Corrosion fatigue cracking

Best poster award

ผู้เขียนบล๊อก (สยาม  แก้วคำไสย์) และคุณวิษณุพงษ์ คนแรงได้รับรางวัลบทความวิจัยดีเด่น ประเภทโปสเตอร์ ในกลุ่มงานวิจัยด้านการกัดกร่อน จากการนำเสนอผลงานในการประชุมวิชาการโลหวิทยาแห่งประเทศไทยครั้งที่ 5 เมื่อวันที่ 20 มกราคม 2555 ที่ผ่านมา ที่โรงแรมมิราเคิล แกรนด์ คอนเวนชั่น มอบโดย รศ.ศิริลักษณ์ นิวิฐจรรยงค์ นายกสมาคมการกัดกร่อนโลหะและวัสดุไทย

พวกเราขอสัญญาว่าจะสร้างผลงานที่เป็นประโยชน์กับประเทศชาติและนำมาใช้ได้จริงครับ

การวิเคราะห์ความเสียหาย: การเก็บข้อมูลเบื้องต้น (Background information)

การวิเคราะห์ความเสียหายของชิ้นส่วนอุปกรณ์ต่างๆ ต้องเริ่มต้นจากประวัติหรือข้อมูลความเป็นมาของชิ้นส่วนที่เสียหายนั้นๆ เช่น ชนิดของวัสดุ ส่วนผสมทางเคมี ข้อกำหนดต่างๆ (Specification)กระบวนการผลิต การอบชุบ การผ่านกระบวนการทางความร้อน ตลอดจนสภาวะการใช้งาน บางกรณีก็อาจจำเป็นต้องมีแบบ (Drawing) ของชิ้นส่วนที่เสียหายด้วยหากสามารถหาได้ นอกจากนี้ควรทราบด้วยว่าขณะใช้งาน ชิ้นส่วนที่เกิดความเสียหายสัมผัสกับสภาวะแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ บรรยากาศรอบๆ และความดันรวมทั้งลักษณะของแรงที่กระทำเป็นอย่างไร ลักษณะความผิดปกติเบื้องต้นก่อนเกิดการเสียหาย อายุการใช้งาน ตารางการทดสอบ วิธีการตรวจสอบ ข้อมูลเหล่านี้บางครั้งจำเป็นต้องสอบถามจากพนักงานที่ดูแล (Plant Personnel)

ประวัติการใช้งานของชิ้นส่วนเสียหายที่ครบถ้วนสมบูรณ์และถูกต้อง มีความสำคัญต่อการวิเคราะห์ความเสียหายมาก ซึ่งเป็นส่วนที่ช่วยให้การทำงานง่ายขึ้น และมีความมั่นใจในผลการวิเคราะห์ว่าเป็นไปในทางที่ถูกต้อง นอกจากนี้ประวัติการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เสียหายว่าเคยซ่อมเมื่อใด บ่อยหรือไม่ เหตุที่ต้องซ่อมแซมและวิธีการซ่อมเป็นข้อมูลที่ต้องบันทึกไว้ด้วยเช่นกัน

สิ่งที่ควรระวังในการเก็บข้อมูลที่หน้างานนั้น บางครั้งอาจจำเป็นต้องมีการใช้ปากกาหรือสีเพื่อระบุ (Marking) ตำแหน่งต่างๆ บนชิ้นงาน เพื่อเน้นบริเวณสำคัญระหว่างการถ่ายภาพ อาจทำให้บริเวณดังกล่าวอาจมีการเปลี่ยนแปลงสมบัติความต้านทานต่อการกัดกร่อนได้ หรือเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน สิ่งหนึ่งที่ผู้ตรวจสอบความเสียหายควรพึงระวัง คือ ควรรักษาสภาพการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นให้มีสภาพสมบูรณ์ที่สุดก่อนทำการเคลื่อนย้าย หรือก่อนการแยกส่วนประกอบของชิ้นส่วน ควรบันทึกเหตุการณ์ให้เป็นสายโซ่ของเหตุการณ์(Chain of Events)รวมทั้งถ่ายภาพชิ้นส่วนที่เสียหายเอาไว้ทุกแง่ทุกมุม โดยพยายามถ่ายภาพให้ได้สีที่เป็นจริง (True Color) ซึ่งอาจใช้แผ่นสี(Color Chart) มาประกอบการถ่ายภาพ เนื่องจากสีที่ได้จากการถ่ายภาพ ส่วนหนึ่งมักเปลี่ยนความเข้มและความคมชัดตามปริมาณแสงที่ตกกระทบ การถ่ายภาพตะกรันที่เกิดจากการกัดกร่อนควรทำให้สามารถมองเห็นชั้นตะกรันแต่ละชั้นได้ชัดเจน โดยเฉพาะการถ่ายภาพชิ้นงานในห้องปฏิบัติการ ควรมีการควบคุมปริมาณแสงให้เหมาะสม ก่อนที่จะนำชิ้นส่วนนั้นไปทำการวิเคราะห์ต่อไป สิ่งที่ต้องจดจำคือบางครั้งผู้ใช้งานจะให้ข้อมูลที่ไม่ตรงความเป็นจริง โดยเฉพาะข้อมูลที่ทำให้เจ้าของงานเสียผลประโยชน์ ดังนั้นผู้ที่ทำการวิเคราะห์ฯ หรือตัวแทนควรเข้าร่วมการตรวจสอบที่หน้างาน (Onsite Investigation)

ในการเก็บรวบรวมข้อมูลเบื้องต้นนั้น ผู้ทำการวิเคราะห์จะต้องเก็บรายละเอียดเกี่ยวกับประวัติของชิ้นส่วนอย่างสมบูรณ์ ประกอบไปด้วยรายละเอียดของความเสียหายและข้อมูลประวัติของการผลิตก่อนที่จะทำการเลือกขั้นตอนและวิธีการทดสอบที่เหมาะสมอันชาญฉลาดเพื่อใช้ในการวิเคราะห์ความเสียหาย รายละเอียดสำคัญที่ควรเก็บข้อมูลมีดังนี้

ข้อมูลเกี่ยวกับชิ้นส่วนที่เสียหาย

-      ตำแหน่ง ชื่อของชิ้นส่วน หมายเลขบ่งชี้ เช่น หมายเลขชิ้นส่วน (Part No.) หมายเลขสายการผลิต (Lot No.) เจ้าของ ผู้ใช้งาน ผู้ผลิต และผู้ประกอบ/ติดตั้ง

-      หน้าที่การใช้งาน
-      อายุการใช้งานก่อนเกิดการเสียหาย-      การจัดอันดับของชิ้นส่วน ระดับการปฏิบัติการ การรับแรงแบบปกติหรือไม่ปกติ ความถี่ในการรับแรง ลักษณะของสิ่งแวดล้อม
-      ชนิดของวัสดุที่ใช้ผลิตชิ้นส่วน
-      เทคนิคที่ใช้ในการผลิต (หล่อ รีด ทุบ)และการประกอบติดตั้ง (เชื่อม ขันนอต) รวมทั้งข้อกำหนดและมาตรการที่ใช้ในการผลิตและติดตั้ง การตรวจสอบและการปฏิบัติการของชิ้นส่วน
-      แนวแรงที่มากระทำ ช่วงอุณหภูมิระหว่างปฏิบัติการ ความดัน ความเร็ว
-      ความแข็งแรงและความแกร่ง
-      กระบวนการทางความร้อน การลดความเค้นตกค้างหรือกระบวนการทางความร้อนอื่นๆ
-      ขั้นตอนในการประกอบติดตั้ง เช่น การเชื่อม การทากาว การเคลือบผิว การขัน การย้ำหมุด
-      รายงานเกี่ยวกับเทคนิคที่ใช้ในการทดสอบและการควบคุมคุณภาพในระหว่างการผลิต การใช้งานและการซ่อมบำรุง

ข้อมูลเกี่ยวกับความเสียหาย

-      วันและเวลาที่เกิดความเสียหาย อุณหภูมิและลักษณะของสิ่งแวดล้อม

-      สภาพความเสียหาย ลำดับของความเสียหาย อันตรายและบาดเจ็บ

-      ขั้นตอนการดำเนินการเมื่อเกิดความเสียหายขึ้น

-      พิมพ์เขียว ภาพถ่ายหรือภาพสเกตซ์ของความเสียหายและบริเวณใกล้เคียง

-      ความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นในระหว่างปฏิบัติการที่อาจส่งเสริมให้เกิดความเสียหาย

-      ความคิดเห็นของพนักงานปฏิบัติการที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ความเสียหาย

ผู้ทำการวิเคราะห์ควรศึกษาพิมพ์เขียวและภาพที่ถูกบันทึกต่างๆ อย่างระมัดระวัง เพื่อให้ได้ภาพของเรื่องราวของชิ้นส่วนที่เสียหาย ข้อมูลเหล่านี้ยังสามารถช่วยในการประเมินความเค้น ถ้าเป็นไปได้ ผู้ทำการวิเคราะห์หรือผู้ที่มีอำนาจในการตัดสินใจควรไปตรวจสอบที่หน้างานด้วยตนเอง ซึ่งถือว่าเป็นการตรวจสอบมือแรกทั้งนี้ยังเพื่อประโยชน์ในการคัดเลือกพื้นที่และชิ้นส่วนเพื่อนำมาใช้ในการวิเคราะห์ ผู้ทำการวิเคราะห์ควรเก็บชิ้นส่วนที่จะวิเคราะห์อย่างทันที เพื่อป้องกันการเปลี่ยนทางโครงสร้างและลักษณะที่ปรากฏต่างๆของวัสดุที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการลำเลียง ความพยายามในการประกอบกลับที่เดิมของผู้ไม่รู้ การกัดกร่อน หรือปัจจัยอื่นๆ

เมื่อสามารถรวบรวมข้อมูลเบื้องต้นของชิ้นส่วนที่เสียหายได้แล้ว ผู้วิเคราะห์ควรจะทำความรู้จักกับวัสดุ กระบวนการผลิต และเทคนิคในการประกอบติดตั้งที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วน เวลาที่เราใช้ไปในการวิจัยอาจจะไม่รู้ว่ามากเท่าไรในระหว่างการตรวจสอบ

การมีข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับชิ้นส่วนที่เสียหายถือว่ามีความสำคัญมาก ยกตัวอย่างเช่นการวิเคราะห์ความเสียหายของชิ้นส่วนท่อลำเลียงสารเคมีที่เกิดการรั่วหลังจากการใช้งานได้แค่ประมาณ 2-3 วัน โดยข้อมูลเบื้องต้นจากผู้ที่รับผิดชอบแจ้งว่าท่อหลังจากการเชื่อมต่อเสร็จได้มีการตรวจสอบแนวเชื่อมด้วยวิธีแบบไม่ทำลายโดยการฉายรังสี (Radioscopic Inspection) ไม่พบจุดพร่อง หลังจากนั้นมีการทดสอบด้วยแรงดันน้ำที่ความดัน 1.5 เท่าของแรงดันปฏิบัติการ ไม่พบการรั่วของท่อ แต่น้ำที่ใช้ในการทดสอบไม่ใช้น้ำที่ปลอดประจุ และหลังจากทดสอบแรงดันน้ำเสร็จได้มีการระบายน้ำออกโดยไม่ได้ทำให้แห้ง จึงมีบางบริเวณที่ถูกติดตั้งในตำแหน่งที่ต่ำกว่าบริเวณอื่น ทำให้ท่อเหล็กล้าไร้สนิมถูกน้ำแช่ขังเป็นเวลามากกว่า 4 เดือน และที่แย่ไปกว่านั้นจากข้อมูลการสุ่มตัวอย่างน้ำที่ใช้ในการทดสอบแรงดันน้ำพบว่ามีปริมาณคลอไรด์เจือปนประมาณ25 ppm ข้อมูลเบื้องต้นตรงนี้มีประโยชน์อย่างมากต่อการวิเคราะห์หาสาเหตุการรั่วของท่อ เป็นที่ทราบกันดีว่าเหล็กกล้าไร้สนิมเมื่อสัมผัสกับสารละลายที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบและอยู่ในสภาพแช่นิ่ง(Stagnant Condition) จะมีความไวต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็มมาก และถ้าสารละลายน้ำมีจุลชีพมาเจือปนก็ยิ่งจะเหนี่ยวนำให้ท่อเกิดการรั่วได้เร็วยิ่งขึ้นจากกลไกการกัดกร่อนจากจุลชีพ (Microbiologically Induced Corrosion; MIC) โดยกลไกดังกล่าวสามารถยืนยันได้จากผลการตรวจสอบผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่ตรวจพบองค์ประกอบของธาตุซัลเฟอร์ เมื่อทำการตรวจสอบภาคตัดขวางชิ้นส่วนที่เสียหาย พบการขยายตัวของรูเข็มมาจากผนังด้านในท่อ ซึ่งสามารถนำไปสู่การสรุปผลสาเหตุของการเสียหายรวมทั้งข้อเสนอแนะที่สามารถนำไปปฏิบัติได้

เหล็กกล้าไร้สนิม (ตอนที่ 24): เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน (Precipitation Hardened Stainless Steels)

กระบวนการทางโลหะวิทยาที่อาศัยความสามารถในการละลายที่น้อยลงของธาตุผสม เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับโลหะผสมด้วยวิธีการที่เรียกว่า การแข็งขึ้นโดยการตกตะกอน (Precipitation Hardening) เป็นอีกหนึ่งวิธีการที่ใช้ในการพัฒนาโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงพิเศษ (Ultrahigh-strength Alloys) [137] กระบวนการดังกล่าวถูกค้นพบโดยบังเอิญในระหว่างการศึกษาโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดง โดยนักโลหะวิทยาชาวเยอรมัน ชื่อ อัลเฟรด ไวล์ม ในปี ค.ศ.1906 โดยเรียกโลหะผสมดังกล่าวว่า “Duralumin” [138] หลังจากการค้นพบดังกล่าว ได้ใช้เวลาประมาณ 15 ปี ในการศึกษาเพื่อให้เกิดความเข้าใจอย่างแท้จริงเกี่ยวกับกลไกการแข็งขึ้นโดยการตกตะกอน จนทำให้สามารถพัฒนาและผลิตโลหะผสมของอะลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงขึ้นมาได้ จึงสามารถกล่าวได้ว่า อุตสาหกรรมอากาศยานสมัยใหม่ได้พัฒนาขึ้นจากการค้นพบปรากฏการณ์ดังกล่าว จากนั้นจึงได้นำไปประยุกต์ใช้กับโลหะหลายชนิด เช่น โลหะผสมนิกเกิล โลหะผสมทองแดง โละผสมไทเทเนียม รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม

เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน ถูกพัฒนาครั้งแรกในราวปี ค.ศ.1940 [139] และหลังจากนั้น ได้มีการพัฒนาเพื่อประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย เนื่องจากมีสมบัติที่พิเศษหลายด้าน สมบัติที่สำคัญมากที่สุดอย่างหนึ่งของเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มนี้ คือ แปรรูปได้ง่าย มีความแข็งแรงสูง มีความเหนียวค่อนข้างดี มีความต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม [140-141] มีอัตราการบิดเบี้ยวต่ำ และมีความสามารถในการเชื่อมดีเยี่ยม [142] ซึ่งเป็นสมบัติที่ดีร่วมกันระหว่างเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกและออสเตนนิติก กล่าวคือ สามารถทำให้แข็งขึ้นได้ด้วยกระบวนการทางความร้อนคล้ายกับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก ในขณะเดียวกันก็มีสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีคล้ายกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก [143] จากสมบัติที่สามารถแปรรูปได้ง่าย จึงสามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างหลากหลาย เช่น แท่ง เส้นลวด แผ่น ชิ้นส่วนตีขึ้นรูป ผลิตภัณฑ์หล่อ ผลิตภัณฑ์โลหะผง และผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ เป็นต้น

เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเพิ่มความแข็งโดยการตกตะกอน เป็นโลหะผสมชนิดที่มีโครเมียมและนิกเกิลเป็นธาตุผสมหลัก สามารถทำให้แข็งขึ้นได้โดยกระบวนการทางความร้อน ดังนั้นจึงมีความต้านทานแรงดึงสูงมาก ทั้งนี้เกิดจากการตกตะกอนของสารประกอบในโครงสร้างพื้นฐานแบบมาร์เทนซิติกและออสเตนนิติก โดยธาตุผสมที่เพิ่มความแข็งแรงด้วยการตกตะกอนเป็นเฟสเชิงโลหะในระหว่างการบ่มด้วยความร้อน (Aging Treatment) ได้แก่ อะลูมิเนียม ไทเทเนียม ทองแดง โมลิบดีนัม และไนโอเบียม [18, 143-144] ยกตัวอย่าง เช่น เกรด 17-4 PH ที่มีการเติมทองแดงเพื่อเพิ่มความแข็งหลังการบ่ม และเติมไนโอเบียมเพื่อจับตัวกับคาร์บอน (Carbon Stabilized) เกรด Custom 455 มีการเติมไทเทเนียม เกรด PH 13-8 Mo มีการเติมอะลูมิเนียม และเกรด Custom 450 ที่มีการเติมไนโอเบียม และเติมโมลิบดีนัมเพื่อเพิ่มสมบัติทางกลและความต้านทานการกัดกร่อน

เอกสารอ้างอิง

[137] Z. Guo, W. Sha. Thermodynamic calculation for precipitation hardening steels and titanium aluminides. Intermetallics 2002; 10(10): pp. 945-50.

[138]  http://www.smihq.org/public/publications/past_articles/jan06_zubek.pdf

[140]  C. N. Hsiao, C. S. Chiou, J. R. Yang. Aging reactions in a 17-4 PH stainless steel. Materials Chemistry and Physics 2002; 74(2): pp. 134-42.

[141]  M. Aghaie-Khafri, F. Adhami. Hot deformation of 15-5 PH stainless steel. Materials Science and Engineering: A 2010; 527(4-5): pp. 1052-7.

[142]  www.aalco.co.uk/.../Aalco_Datasheet_St_St_Precipitation_Hardening.pd