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.