การสัมมนาเชิงปฏิบัติการเรื่อง 

การวิเคราะห์ความเสียหายงานโลหะครั้งที่ 6
6^th Workshop on Metallurgical Failure Analysis

ภาพจากการสัมมนาครั้งที่ 5

วันที่  17 – 21 สิงหาคม 2563

สถานที่ โรงแรมฮาร์ดร็อค พัทยา จ.ชลบุรี

จัดโดย ทีมวิจัยเทคโนโลยีการผลิตและซ่อมบำรุง
             ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีระบบรางและขนส่งสมัยใหม่ 
             ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) 
             สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)

หลักการและเหตุผล

ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับชิ้นส่วนอุปกรณ์ของเครื่องจักรและโครงสร้าง เป็นปัญหาที่มักพบได้เสมอในชีวิตประจำวันของเรา แม้ว่าในปัจจุบันจะมีอุปกรณ์ช่วยในการออกแบบ และมีการใช้เทคนิคในการซ่อมบำรุงที่ทันสมัย เพื่อช่วยในการตรวจสอบสภาพการใช้งานของเครื่องจักรมากขึ้นก็ตาม แต่สภาวะการทำงานจริงของชิ้นส่วนมักไม่เป็นไปตามที่ออกแบบไว้ ทำให้มีโอกาสที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของโครงสร้างหรืออุปกรณ์จะรับภาระกรรมเกินขีดจำกัด ซึ่งนำไปสู่การแตกหักเสียหายหรือเสื่อมสภาพในที่สุด ความเสียหายที่เกิดขึ้นทำให้เกิดผลเสียทางเศรษฐกิจ ชีวิต ทรัพย์สิน และสิ่งแวดล้อม ดังนั้นความสามารถในการวิเคราะห์การเสียหายของวัสดุได้อย่างถูกต้องแม่นยำนั้น ถือเป็นเป้าหมายสูงสุดอย่างหนึ่งในวิชาชีพวิศวกรรม เนื่องจากข้อมูลรายละเอียดที่ได้จากกระบวนการวิเคราะห์และผลการวิเคราะห์ จะเป็นประสบการณ์อันมีค่าที่จะทำให้เราเข้าใจธรรมชาติได้ดีขึ้น นอกจากนั้นยังจะเพิ่มขีดความสามารถในการออกแบบและวิศวกรรมให้สูงขึ้น และจะเป็นประโยชน์ในการป้องกันและลดการเสียหายของชิ้นส่วนในอนาคต สาเหตุของการเกิดความเสียหายมีหลายประเด็น และการวิเคราะห์ทดสอบนั้นมีเทคนิคและขั้นตอนที่หลากหลาย

ดังนั้นการสัมมนาเชิงปฏิบัติการในครั้งนี้ จึงได้เน้นให้ผู้ร่วมสัมมนาได้พัฒนาทักษะและความรู้ด้านการวิเคราะห์ความเสียหายของโลหะอย่างเป็นระบบและสามารถนำประยุกต์ใช้ในการปฏิบัติงานที่ดูแลรับผิดชอบได้โดยตรง ทั้งนี้มีการเรียนรู้ทั้งด้านทฤษฎีและการลงมือปฏิบัติจากทีมวิทยากรที่มีประสบการณ์ทั้งจากสถาบันวิจัยและภาคเอกชน นอกจากนี้ผู้เข้าร่วมสัมมนายังมีโอกาสได้ประเมินความรู้ของตนเอง และได้รับประกาศนียบัตรรับรองสำหรับผู้ที่ผ่านเกณฑ์การประเมินทดสอบความรู้

วัตถุประสงค์

1. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนามีความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวิศวกรรมวัสดุ

2. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนาเข้าใจสาเหตุที่นำไปสู่การเสียหายของวัสดุ

3. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนาทราบแนวทางในการวิเคราะห์ความเสียหายตามหลักปฏิบัติที่เป็นสากล

4. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนาทราบความสัมพันธ์ระหว่างสาเหตุและผลกระทบที่สำคัญของการเสียหายของชิ้นส่วนทางวิศวกรรม

5. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนาได้เรียนรู้หลักการเป็นผู้ตรวจสอบเบื้องต้นและผู้ควบคุมการวิเคราะห์ความเสียหาย

6. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนาได้รับความรู้ที่จำเป็นในการดูแลหรือดำเนินการที่นำไปสู่การใช้งานชิ้นส่วนให้เกิดประสิทธิภาพ

7. สามารถสื่อสารและถ่ายทอดข้อมูลให้กับผู้เชี่ยวชาญด้านอื่นๆ โดยเฉพาะในกรณีที่ความเสียหายมีความซับซ้อน

8. สามารถพัฒนาวิธีการและเทคนิคใหม่ๆ ในการดำเนินการวิเคราะห์ความเสียหายอย่างเป็นระบบ

9. สามารถถ่ายทอดรู้ที่ได้ให้กับพนักงานภายในโรงงาน ทั้งนี้เพื่อลดค่าใช้จ่ายและเวลา

10. ได้รับความรู้ด้านเทคนิคและข้อมูลเชิงลึกในการหลีกเลี่ยงความเสียหายของชิ้นส่วนทางวิศวกรรม

11. ได้ลงมือปฏิบัติในการวิเคราะห์ความเสียหายและสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับองค์กรหรืองาน

12. เพื่อให้ผู้เข้าร่วมสัมมนาได้สร้างเครื่อข่ายนักวิเคราะห์ความเสียหายเพื่อนำไปแลกเปลี่ยนกันในอนาคต

รูปแบบกิจกรรม

-          อบรมเชิงปฏิบัติการเน้นการเรียนรู้ทั้งภาคทฤษฏีและปฏิบัติ

-          มีการสาธิตภาคปฏิบัติจากผู้เชี่ยวชาญ

-          มีการแสดงและสาธิตเครื่องมือจากบริษัทเอกชน

-          มีการนำเสนอความรู้ภาคปฏิบัติเป็นรายกลุ่ม

-          มีการทดสอบและประเมินความรู้ของผู้เข้าร่วมการอบรม

-          มีการมอบประกาศนียบัตรรับรองสำหรับผู้ที่ผ่านเกณฑ์ประเมิน

คุณสมบัติของผู้สมัครเข้ารับการอบรม

-          ช่างหรือวิศวกรที่มีความรู้พื้นฐานด้านวิศวกรรมวัสดุ เครื่องกล อุตสาหการ โลหการ ที่หรือสาขาที่ใกล้เคียง

-          ช่างหรือวิศวกรที่ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

-          ผู้ที่สนใจทั่วไป

ผู้มีสิทธิ์ได้รับประกาศนียบัตรรับรอง

-   ผ่านเกณฑ์การประเมินความรู้ที่ระดับคะแนนสูงกว่าร้อยละ 70

-   มีเวลาเข้าการอบรมสะสมไม้น้อยกว่าร้อยละ 80

วิทยากร

1. ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์; Dr.–Ing. (Materials Engineering)

2. ดร.วนิดา พงศ์ศักดิ์สวัสดิ์; Ph.D. (Materials Science and Engineering)

3. ดร.อำนวยศักดิ์ เจียรไพโรจน์ Ph.D. (Metallurgical Engineering)

4. ดร.ปิติชน กล่อมจิต; Ph.D. (Materials Science and Engineering)

5. อ.โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว; M. Eng. (Metallurgical Engineering)

6. อ.สยาม แก้วคำไสย์; M. Eng. (Metallurgical Engineering)

7. อ.นิรุช บุญชู M. Eng. (Metallurgical Engineering)

8. อ.ปิยะ คำสุข M. Sc. (Industrial Chemistry)

9. อ.ศิริวรรณ อ่วมปาน B. Eng. (Metallurgical Engineering)

10. อ.ศิขริน ศรโชติ B. Eng. (Electrical Engineering)

11. อ.วิษณุพงษ์ คนแรง B. Eng. (Materials Engineering and Production Technology)
12. อ.วราพงศ์ ถองกระโทก B. Eng. (Materials & Metals Engineering)

แนะนำวิทยากรและบรรยากาศห้องเรียน

กำหนดการ

วันจันทร์ ที่ 17 สิงหาคม 2563

บทปริทัศน์และกระบวนการทางโลหะวิทยาและจุดบกพร่อง

08:00 น. – 08:30 น.    ลงทะเบียนและทำแบบทดสอบก่อนเรียน

08:30 น. – 09:00 น.    พิธีเปิดการสัมมนา (แจ้งกำหนดการ แนะนำวิทยากรและผู้เข้าร่วมสัมมนา)

                                            (ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์)

09:00 น. – 09:15 น.    การวิเคราะห์ความเสียหายและการป้องกัน (Failure analysis and prevention)

  -วัสดุเสียหายได้อย่างไร (Why material failure?)

  -การป้องกันความเสียหาย (Failure prevention)

  (ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์)

10:15 น. – 10:30 น.    พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

10:30 น. – 12:00 น.    กระบวนการผลิตทางโลหะวิทยาและจุดบกพร่อง

  - จุดบกพร่องจากการหล่อ (Casting defects)

  - จุดบกพร่องจากการแปรรูป (Processing defects)

  - จุดบกพร่องจากกระบวนการทางความร้อน (Heat treating defects)

  - จุดบกพร่องจากการเชื่อม (Welding defects)

  (ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์) 

12:00 น. – 13:00 น.    พักรับประทานอาหารกลางวัน

13:00 น. – 14:45 น.    การเสียหายของชิ้นส่วนโลหะเนื่องจากการเชื่อม (Failure of materials in welding) (ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์)

14:45 น. – 15:00 น.    พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

15:00 น. – 17:00 น.    ภาคปฏิบัติ : การจำแนกชนิดของจุดบกพร่อง

  สถานีที่ 1. จุดบกพร่องจากการหล่อ

  สถานีที่ 2. จุดบกพร่องจากการแปรรูป

  สถานีที่ 3. จุดบกพร่องจากการอบชุบ

  สถานีที่ 4. จุดบกพร่องจากการเชื่อม

  สถานีที่ 5. จุดบกพร่องจากการเคลือบผิว

  

17:00 น. – 17:30 น.    สรุปภาคปฏิบัติ : การจำแนกชนิดของจุดบกพร่อง

17:30 น. – 18:00 น.    พักผ่อนตามอัธยาศัย

18:00 น. – 21:00 น.    รับประทานอาหารค่ำและทำกิจกรรมร่วมกัน

บรรยากาศการรับประทานอาหารค่ำและทำกิจกรรมร่วมกัน

วันอังคาร ที่ 18 สิงหาคม 2563

การวิเคราะห์ความเสียหายและการวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก

08:30 น. – 10:15 น.  การวิเคราะห์ความเสียหาย

                                -ขั้นตอนการวิเคราะห์ความเสียหาย (Failure analysis procedure)

                                -เครื่องมือและเทคนิคในการวิเคราะห์ความเสียหาย (Tools and techniques in failure analysis)

                                (อ.โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว)

10:15 น. – 10:30 น.  พักรับประทานอาหารว่างและเครื่องดื่ม

10:30 น. – 12:00 น.  การวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก (Fractography)

                                (อ.สยาม แก้วคำไสย์)

12:00 น. – 13:00 น.  พักรับประทานอาหารกลางวัน

13:00 น. – 14.15 น.  การวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก (ต่อ)

                                -การแตกหักจากการล้า (Fatigue fracture)

                                -กรณีตัวอย่างการวิเคราะห์ความเสียหายจากการแตกหักแบบล้า

                                (อ.สยาม แก้วคำไสย์)

14:15 น. – 14:30 น.  พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

14:30 น. – 17:00 น.  ภาคปฏิบัติ: การเก็บข้อมูล การรักษาตัวอย่าง การสุ่มตัวอย่าง และการวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก แบ่งเป็น 5 กลุ่ม โดยวิทยากรจะจัดทำสถานีและให้วิเคราะห์ผิวหน้าแตกหักกลุ่มละ 20 นาที/ตัวอย่าง

สถานีที่ 1. ผิวหน้าแตกหักของเพลาที่มีจุดเริ่มหลายจุด (Multiple crack origin)

สถานีที่ 2. ผิวหน้าแตกหักของเพลาจากการรับแรงแบบ unidirectional bending

สถานีที่ 3. ผิวหน้าแตกหักของเพลาจากการรับแรงแบบ reversed bending

สถานีที่ 4. ผิวหน้าแตกหักแบบ corrosion fatigue

สถานีที่ 5. ผิวหน้าแตกหักแบบเหนียว/เปราะ

17.00 น. – 17:30 น.  สรุปภาคปฏิบัติการวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก

                                (อ.วิษณุพงษ์ คนแรง และ อ.โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว)

การตรวจสอบผิวหน้าแตก

วันพุธ ที่ 19 สิงหาคม 2563

การเสียหายจากการกัดกร่อนและการป้องกัน

08:45 น. – 10:15 น.    การกัดกร่อนและการป้องกัน

  - การกัดกร่อนแบบทั่วผิวหน้า (Uniform corrosion)

  - การกัดกร่อนแบบกัลวานิก (Galvanic corrosion)

  - การกัดกร่อนแบบใต้รอยซ้อน (Crevice corrosion)

  - การกัดกร่อนแบบรูเข็ม (Pitting corrosion)

  (ดร.วนิดา พงศ์ศักดิ์สวัสดิ์)

10:15 น. – 10:30 น.    พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

10:30 น. – 12:00 น.     รูปแบบการกัดกร่อน (ต่อ)

  - การสึกกร่อน-กัดกร่อน (Erosion-corrosion)

  - การแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน (Stress corrosion cracking)

  - การแตกร้าวเนื่องจากความล้าร่วมกับการกัดกร่อน (Corrosion fatigue cracking)

  - การแตกร้าวจากการเหนี่ยวนำของไฮโดรเจน (Hydrogen induced cracking)

 (ดร.วนิดา พงศ์ศักดิ์สวัสดิ์)  

12:00 น. – 13:00 น.  พักรับประทานอาหารกลางวัน

13:00 น. – 16:30 น.  ภาคปฏิบัติ: การวิเคราะห์ความเสียหายของชิ้นส่วนจากการกัดกร่อน

แบ่งกลุ่มเป็น 5 กลุ่ม โดยให้แต่ละกลุ่มทำการศึกษารูปแบบการกัดกร่อนกับชิ้นส่วนที่กำหนดให้

สถานีที่ 1. การทดลอง galvanic corrosion และศึกษาชิ้นส่วนส่วนที่เสียหายแบบ galvanic

สถานีที่ 2. การรั่วของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยรูปแบบ pitting corrosion

สถานีที่ 3. การเสียหายของเฮดเดอร์ด้วยรูปแบบ SCC

สถานีที่ 4. การเสียหายของชิ้นส่วนด้วยกลไก corrosion fatigue cracking

สถานีที่ 5. การเสียหายของชิ้นส่วนด้วยรูปแบบ blistering/filiform corrosion

16.30 น. – 17:00 น.  สรุปภาคปฏิบัติการวิเคราะห์ความเสียหายของชิ้นส่วนจากการกัดกร่อน

                                (อ.ศิริวรรณ อ่วมปาน และ อ.โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว)

ภาคปฏิบัติการ

วันพฤหัสบดี ที่ 20 สิงหาคม 2563

การเสียหายของโลหะจากการใช้งานที่อุณหภูมิสูงและการลอกลายโครงสร้าง

08:45 น. – 10:45 น.   การเสียหายของชิ้นส่วนโลหะจากการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

 - การเสียหายด้วยรูปแบบคาร์บูไรเซชั่น (Carburization)

 - การเสียหายด้วยรูปแบบซัลฟิเดชัน (Sulfidation)

 - การเสียหายด้วยรูปแบบออกซิเดชัน (Oxidation)

 - การเสียหายจากการคืบ (Creep)

 (ดร.ปิติชน กล่อมจิต)

10:45 น. – 11:00 น.   พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

11:00 น. – 12:15 น.   กรณีตัวอย่างการเสียหายของชิ้นส่วนจากการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

 - การวิเคราะห์ความเสียหายของคอล์ยที่เสียหายด้วยรูปแบบคาร์บูไรเซชั่น

 - การวิเคราะห์ความเสียหายของ protection tube ด้วยรูปแบบซัลฟิเดชัน

 - การวิเคราะห์ความเสียหายของท่อทนความร้อนสูงจากการคืบ

 (อ.ศิริวรรณ อ่วมปาน)

12:15 น. – 13:15 น.   พักรับประทานอาหารกลางวัน

13:15 น. – 14:00 น.   การวิเคราะห์ลักษณะและโครงสร้างของโลหะภาคสนาม (Replication)

 (อ.นิรุช บุญชู)

ยืดเส้นยืดสาย

14:00 น. – 14:15 น.   พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

14:15 น. – 16:30 น.   ภาคปฏิบัติ : การลอกลายโครงสร้างจุลภาค (Replica test) เพื่อศึกษาการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิสูง

แบ่งเป็น 5 กลุ่ม โดยให้ทำการลอกลายและตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสง

สถานีที่ 1. การเสียหายด้วยรูปแบบคาร์บูไรเซชั่น

สถานีที่ 2. การตกตะกอนของคาร์ไบด์ตามขอบเกรนของ SS 304H

สถานีที่ 3. การเกิด Slip bands จาก Thermal fatigue และแตกร้าวตามขอบเกรนของ SS 321

สถานีที่ 4. การขยายตัวของเกรนและการตกตะกอนของคาร์ไบด์ตามขอบเกรนของ Incoly 800H

สถานีที่ 5. การเกิดช่องว่างจากการคืบ (Creep voids) ของโลหะผสมทนความร้อนสูง

16.30 น. – 17:30 น.  สรุปภาคปฏิบัติการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคของชิ้นส่วนโลหะที่ผ่านการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

                                         (อ.นิรุช บุญชู และ อ.โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว)

17:30 น. – 18:00 น.  ทบทวนความรู้เพื่อสอบ

ภาคบรรยายการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค

อ.วิษณุพงษ์ สาธิตการลอกลาย

กิจกรรมการลอกลายโครงสร้าง

                               

วันศุกร์ ที่ 21 สิงหาคม 2563

กรณีตัวอย่างและภาคปฏิบัติการวิเคราะห์ความเสียหาย

09:00 น. – 10:45 น.  กรณีตัวอย่างการวิเคราะห์ความเสียหาย

- การวิเคราะห์ความเสียหายของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในระบบทำความเย็น

- การวิเคราะห์ความเสียหายของแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 310

- การวิเคราะห์ความเสียหายของเพลาข้อเหวี่ยง

- การวิเคราะห์ความเสียหายของเพลารถยนต์

(อ.นิรุช บุญชู)

10:45 น. – 11:00 น.  พักรับประทานอาหารว่าง เครื่องดื่ม และพบปะพูดคุยกัน

11:00 น. – 12:00 น.  สอบประเมินผล

บรรยากาศการสอบ

12:00 น. – 13:00 น.  พักรับประทานอาหารกลางวัน

13.00 น. – 15:30 น.  ภาคปฏิบัติ: การวิเคราะห์ความเสียหาย (แบ่งเป็น 5 กลุ่ม)

วิทยากรแจกชิ้นส่วนที่เสียหายให้กลุ่มละ 1 ตัวอย่าง โดยจะจัดเตรียมข้อมูลให้บางส่วน เช่น

ภาพถ่าย SEM และ EDS spectra เป็นต้น และแต่ละกลุ่มจะมีพี่เลี้ยงจากทีมวิทยากรกลุ่มละ 1 คน

15:30 น. – 17:30 น.  นำเสนอผลการวิเคราะห์ความเสียหายเป็นรายกลุ่ม กลุ่มละ 15 นาที

17:30 น. – 18:00 น.  สรุปผลและมอบใบประกาศนียบัตร

การรับมอบใบประกาศนียบัตร

                          
รายละเอียดการลงทะเบียน

ค่าลงทะเบียน

บุคคลทั่วไป                                                                                30,000 บาท /ท่าน

สมาชิกศูนย์ฯ                                                                               27,000 บาท /ท่าน

สมาชิกสมาคมการกัดกร่อนโลหะและวัสดุไทย                                27,000 บาท /ท่าน

สมาชิกสมาคมการสึกหรอและการหล่อลื่นไทย                                27,000 บาท /ท่าน

                                                                                                 

 หมายเหตุ

- อัตราค่าลงทะเบียนรวมค่าอาหารว่าง อาหารกลางวัน เอกสารประกอบการอบรม 1 ชุด กระเป๋าใส่เอกสาร เสื้อยืด (รุ่นที่ 6) และภาษีมูลค่าเพิ่ม 7%

- ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ เป็นหน่วยงานของรัฐ จึงไม่อยู่ในเกณฑ์ที่ต้องหักภาษี 3%

- ค่าโรงแรมในอัตราพิเศษ  

- รับจำนวนจำกัดเพียง 30 ท่านเท่านั้น

สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่

งานฝึกอบรม(คุณพลธร เวณุนันท์)

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

โทรศัพท์ 025646500 ต่อ 4677 โทรสาร 0 2564 6505

E-mail : conferences@mtec.or.th

ปีนี้จัดที่ Hard Rock Hotel Pattaya

การแตกหักของเพลาปั๊มน้ำด้วยกลไกการล้าร่วมกับการกัดกร่อน (Corrosion fatigue fracture of water pump shaft)

เพลาปั๊มน้ำ (Water pump shaft) เกิดการแตกหักในระหว่างใช้งาน (รูปที่ 1) เพลาดังกล่าวมีอายุการใช้งานประมาณ 10 เดือน ชิ้นส่วนดังกล่าวผลิตจากเหล็กกล้าที่เติมโครเมียมสูง (รูปที่ 2) ปั๊มทำหน้าที่ดูดน้ำเสียที่ผ่านการบำบัด ปั๊มไม่ได้ทำงานต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง

รูปที่ 1 เพลาปั๊มน้ำที่แตกหัก

รูปที่ 2 ส่วนผสมทางเคมีของเพลาปั๊มน้ำ

การตรวจสอบด้วยสายตา

          เพลามีจุดเริ่มการแตกหักบริเวณบ่าเพลาที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดพื้นที่หน้าตัด  ซึ่งโดยรูปร่างจะเป็นตำแหน่งที่มีความเข้มของความเค้นสูง (High stress concentration site) เมื่อตรวจสอบอย่างละเอียดบริเวณจุดเริ่มรอยแตกพบลักษณะของการกัดกร่อน ไม่พบการยืดตัวหรือเสียรูปของเพลาแต่อย่างใด และผิวหน้าแตกทำมุมตั้งฉากกับแกนเพลา

การวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหัก

ลักษณะทางมหภาคของผิวหน้าแตกหักแสดงให้ว่าเป็นการแตกหักด้วยกลไกการล้าจากการรับแรงดัดเป็นหลัก (Unidirectional bending fatigue) และแรงบิด ผิวหน้าแตกหักสามารถแบ่งออกเป็น 2 โซน (ดังรูปที่ 3) ดังนี้

รูปที่ 3 ลักษณะทางมหภาคของผิวหน้าแตกหักของเพลาปั๊มน้ำที่แตกหัก

ผิวหน้ารอยแตกที่มีการขยายตัวของรอยแตกอย่างช้าๆ จากการล้า (Fatigue zone) พบการขยายตัวของรอยแตกเริ่มจากบริเวณผิวด้านนอกของเพลาบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดพื้นที่หน้าตัด โดยมีจุดเริ่มเพียงจุดเดียว (Single origin) แสดงให้เห็นว่าเพลาเกิดแตกหักจากการได้รับแรงกระทำแบบคาบในระหว่างใช้งานไม่สูงมาก (Low overstress) แต่น่าจะเกิดจากความเค้นที่สะสมเฉพาะจุดมีค่าสูงมาก มีลักษณะของผิวหน้าค่อนข้างเรียบ พบแนวการขยายตัวของรอยร้าวล้า (Fatigue cracking) ในระดับมหภาคคือ Beach marks  ในลักษณะที่ชัดเจน และมีพื้นที่ที่เกิดความเสียหายด้วยกลไกการล้าตัวประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์ ลักษณะดังกล่าวเป็นการยืนยันว่าเพลาเกิดการแตกหักจากการได้รับแรงเค้นไม่สูงมาก

ผิวหน้ารอยแตกโซนที่ 2 เป็นโซนที่เกิดการแตกแบบทันทีทันใดจากการรับแรงเกินพิกัด (Final overload zone) พบการขยายตัวของรอยแตกมาจาก Fatigue zone เป็นลักษณะของการขยายตัวของรอยแตกอย่างรวดเร็ว ผิวหน้าแตกหักมีลักษณะขรุขระ ไม่เรียบ เมื่อเทียบกับผิวหน้าแตกของโซนที่ 1คิดเป็นพื้นที่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ ลักษณะดังกล่าวชี้ให้เห็นว่าแรงที่กระทำในระหว่างการแตกหักช่วงสุดท้ายไม่สูงมากนัก ดังนั้นการแตกหักน่าจะมาจากวัสดุมีจุดบกพร่องในบริเวณที่มีความเข้มของความเค้นสูง

รูปที่ 4 ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีบริเวณกัดกร่อนด้วย EDS

จากการตรวจสอบผิวหน้าบริเวณจุดเริ่มต้นรอยแตก (ขวามือของรูปที่ 3) พบความไม่ต่อเนื่องของวัสดุจากการกัดกร่อน ซึ่งยืนยันได้จากผลการวิเคราะห์ด้วย EDS (รูปที่ 4) ที่มีลักษณะเป็นรูบริเวณผิวหน้าของเพลา ซึ่งลักษณะดังกล่าวจะเป็นจุดรวมความเค้นและส่งเสริมให้เกิดการแตกได้ง่ายยิ่งขึ้น

การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค

          จากการตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคบริเวณจุดเริ่มรอยแตก พบลักษณะการสูญเสียโลหะ (Metal loss) จากการกัดกร่อนดังรูปที่ 5-6

รูปที่ 5 ภาคตัดตามแนวแกนของเพลาผ่านจุดเริ่มรอยแตกพบร่องหลุมจากการกัดกร่อน

รูปที่ 6 โครงสร้างจุลภาคบริเวณจุดเริ่มรอยแตกแสดงการสูญเสียโลหะ

วิเคราะห์ผล

ผลที่ได้จากการตรวจสอบชี้ให้เห็นได้อย่างชัดเจนว่าเพลาปั๊มเกิดการแตกหักด้วยกลไกการล้าร่วมกับการกัดกร่อน (Corrosion fatigue fracture) ซึ่งเป็นรูปแบบของการเสียหายที่มักเกิดขึ้นกับโลหะและโลหะผสมหลายชนิดที่อยู่ภายใต้สภาวะการรับแรงแบบคาบ (Cyclic load) ในสภาวะแวดล้อมต่างๆ [1] แม้ว่าเหล็กกล้าที่ใช้ทำเพลาดังกล่าวจะเติมโครเมียมมากถึง 13% เพื่อสร้างฟิล์มที่มีความต้านทานต่อการกร่อน (Passive film) แต่ในกรณีดังกล่าวพบว่าเกิดการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่ (Localized corrosion) ขึ้นบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดพื้นที่หน้าตัด เป็นที่ทราบกันทั่วไปว่าชิ้นส่วนเพลาเหล็กกล้าที่มี passive film เมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบจะมีความไวต่อการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (Pitting corrosion) และในกรณีที่มีการรับแรงแบบคาบไปด้วยนั้น สนิมรูเข็มจะแสดงตัวเป็นจุดรวมความเค้น (Stress concentrator) จึงมักเป็นจุดเริ่มของการแตกหักเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อน [2, 3] ยิ่งไปกว่านั้น คือ Pitting corrosion ไปปรากฏในบริเวณที่มีความเข้มของความเค้นสูงอยู่แล้วก็ยิ่งจะเพิ่มความไวต่อการแตกหักได้ง่ายยิ่งขึ้น (รูปที่ 7)

รูปที่ 7 ภาพจำลองแสดงความเข้มของความเค้นบริเวณเปลี่ยนขนาดพื้นที่หน้าตัดเพลา

การแตกหักเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อนมักเริ่มจากบริเวณที่ถูกกัดกร่อนจากสารเคมีหรือบริเวณที่เกิดความไม่ต่อเนื่องบนผิวหน้า เช่น รอยขีดข่วน สารฝังใน เฟสที่เกิดการตกตะกอน รอยร้าวขนาดเล็ก หรือดิสโลเคชัน [4, 5] ในกรณีที่เกิดการกัดกร่อนจากสารเคมีนั้น การกัดกร่อนที่เกิดขึ้นกับเหล็กกล้าที่มีฟิล์มปกป้องมักเกิดจากคลอไรด์ [6, 7]  ซึ่งผลการตรวจสอบผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน (บริเวณที่เกิดสนิม) ในจุดเริ่มต้นการแตกหักพบว่ามีคลอไรด์เจือปน ภายใต้สภาวะการรับแรงแบบคาบ สนิมรูเข็ม จะแสดงตัวเป็นจุดรวมความเค้น (Stress Concentration) [8] ที่มักเป็นจุดเริ่มของการแตกร้าวเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อน

การแตกร้าวเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อนจะมีลักษณะบางอย่างคล้ายกับการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นร่วมกับการกัดกร่อน [9] ทั้งจุดเริ่มต้นและการขยายตัวของรอยแตกร้าว ในกรณีดังกล่าวนี้ ศาสตร์การวิเคราะห์ผิวหน้าแตกหักจะถูกนำมาใช้ในการยืนยันรูปแบบการแตกร้าวเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อน โดยถ้าพบแนวการขยายตัวของรอยแตกแบบมหภาคที่เรียกว่า beach marks ซึ่งเป็นสัญลักษณ์การขยายตัวของรอยแตกจากการล้าตัว และเมื่อตรวจสอบบริเวณจุดเริ่มรอยแตกจะพบจุดบกพร่องจากการกัดกร่อนและผิวหน้ารอยแตกรอบๆ จุดเริ่มจะพบการทำปฏิกิริยากับสารละลายเกิดเป็นคราบออกไซด์ (ดังรูปที่ 3)

สรุปผล 

เพลาปั๊มน้ำเกิดการแตกหักด้วยรูปแบบการแตกร้าวเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อน ซึ่งมีจุดเริ่มมาจากสนิมรูเข็มที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาของคลอไรด์และเกิดในบริเวณที่มีความเข้มของความเค้นสูง การเลือกวัสดุจึงมีความสำคัญต่อการป้องกันการเสียหายจากการแตกร้าวเนื่องจากการล้าร่วมกับการกัดกร่อนนอกจากนี้ การควบคุมปริมาณสารเจือปนในสารละลาย การป้องกันการแช่นิ่งของสารละลายเป็นเวลานาน และการทำความสะอาดเพลาเพื่อกำจัดอนุภาคที่มีคลอรีนเป็นองค์ประกอบเป็นประจำ เป็นวิธีการที่สามารถลดปัญหาดังกล่าวได้

เอกสารอ้างอิง

[1]     B.D. Craig. Material Failure Modes, Part I: A Brief Tutorial on Fracture, Ductile Failure, Elastic Deformation, Creep, and Fatigue, JFAP 2005; 5(5): 13-14, 39-45.

[2]     S. Roychowdhury et al., Effect of pH and specimen orientation on the corrosion fatigue behavior of a duplex stainless steel in chloride solutions, Trans. Indian Inst. Met. 2004; 57(3): 265-70.

[3]     C.R. Gagg and P.R. Lewis, In-service fatigue failure of engineered products and structures – Case study review, Eng Fail Anal 2009; 16(6): 1775-93.

[4]     R. Ebara, Corrosion fatigue phenomena learned from failure analysis, Eng Fail Anal 2006; 13: 516–25.

[5]     C.R. Gagg and P.R. Lewis, Failure of components and products by engineered-in defects – case studies, Eng Fail Anal 2005; 12(6): 1000–26.

[6]     M. G. Fontana, Corrosion Engineering, third ed., New York, McGraw-Hill, 1967: 51-4.

[7]     S.A.M. Refaey, Corrosion and Inhibition of 316L stainless steel in neutral medium by 2-Mercaptobenzimidazole, Int. J. Electrochem. Sci. 2006; 1: 80-91.

[8]     M. Cerit, K. Genel, S. Eksi, Numerical investigation on stress concentration of corrosion pit, Eng Fail Anal 2009; 16(7): 2467–72.  

[9]     N.J. Laycock and R.C. Newman, Temperature dependence of pitting potentials for austenitic stainless steels above their critical pitting temperature, Corrosion Science 1998; 40(6):887-902.

การเสียหายที่อุณหภูมิสูงของ SS310 จากคาร์บูไรเซชัน (Carburization of high-temperature SS310)

ข้อมูลเบื้องต้น

ระบบท่อและหัวฉีดสำหรับลำเลียงแก๊สธรรมชาติ

ระบบท่อและหัวฉีดสำหรับลำเลียงแก๊สธรรมชาติเข้าสู่เตาเผาเกิดการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรง หลังจากเพิ่งติดตั้งใหม่และใช้งานได้ประมาณ 1 เดือน และมีการเปลี่ยนระบบเชื้อเพลิงจากการใช้น้ำมันเตามาเป็นแก๊สธรรมชาติ ในการออกแบบได้เลือกเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 310 เป็นวัสดุสำหรับระบบลำเลียงแก๊สเข้าสู่เตาเผา ท่อดังกล่าวมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางรอบนอก 34 มิลลิเมตร มีความหนาของผนังท่อ 3.5 มิลลิเมตร มีความยาวประมาณ 1 เมตร แก๊สธรรมชาติมีอุณหภูมิเริ่มต้นประมาณ 40-50 องศาเซลเซียส ซึ่งมีความดันค่อนข้างต่ำ (ไม่เกิน 100 มิลลิบาร์) มีมีเทนเป็นองค์ประกอบหลัก (~75%) รองลงมา ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ (~13%) นอกจากนี้ยังมีอีเทน โพรเพน บิวเทน และเพนเทนเจือปนในปริมาณเล็กน้อย ในระหว่างปฏิบัติการนั้น แก๊สที่ไหลภายในท่อได้รับความร้อนจากอากาศร้อนที่หุ้มอยู่ผนังด้านนอกท่อที่มีอุณหภูมิประมาณ 900 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดที่ออกแบบไว้ให้ใช้งานได้ไม่เกิน 900 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามท่อได้เกิดการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วและส่งผลให้การผลิตไม่สามารถดำเนินการต่อไปได้ นอกจากนี้ยังต้องเสียค่าใช้จ่ายในเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่ค่อนข้างสูง

ลักษณะการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรงของท่อ

โลหะ สมบัติ และกลไกการเสียหาย

เป็นที่ทราบกันดีว่าโลหะผสมทนความร้อน (Heat resisting alloy) มักถูกเลือกมาใช้งานในสิ่งแวดล้อมที่มีองค์ประกอบของแก๊สที่อุณหภูมิสูง เช่น เกรด HP40, HP45, Incoloy 800 หรือ AISI 310 เป็นต้น สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกเกรด AISI 310 เป็นโลหะผสมออสเตนนิติกประเภทที่มีเหล็กเป็นส่วนผสมหลัก (Fe-based alloy) ที่นิยมนำมาใช้งานในสิ่งแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง (Aggressive environment) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี เคมี โรงไฟฟ้า นิวเคลียร์ [1-2] เนื่องจากมีสมบัติต้านทานต่อความร้อนและการกัดกร่อนที่ดี [3-4] นอกจากนี้ เนื่องจากวัสดุเกรดดังกล่าวมีปริมาณของธาตุโครเมียมและนิกเกิลเจือในปริมาณสูง (25 และ 20 wt% ตามลำดับ) จึงเพิ่มความความต้านทานต่อคาร์บูไรเซชัน (Curburization) และการกัดกร่อนจากแก๊สอุณหภูมิสูง (Hot gas corrosion)

คาร์บอนที่เกาะติดภายในท่อ

ในสภาวะการใช้งานแบบต่อเนื่อง เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 310 มีความสามารถใช้งานในสภาวะ oxidizing ที่ไม่มีและมีซัลเฟอร์เจือปน (100 mg/m3) ที่อุณหภูมิสูงประมาณ 1,150 องศาเซลเซียส และ 1,100 องศาเซลเซียส  ตามลำดับ ในกรณีที่มีการใช้งานแบบไม่ต่อเนื่องสามารถใช้งานในสภาวะทั้งสองที่ 1,025 องศาเซลเซียส และ 975 องศาเซลเซียส ตามลำดับ [5] แต่เมื่อถูกนำมาใช้ในสภาวะที่สัมผัสกับแก๊สธรรมชาติที่อุณหภูมิสูงซึ่งมีมีเทน (CH4) เป็นองค์ประกอบหลัก มักส่งเสริมให้เกิดการเสื่อมสภาพด้วยรูปแบบคาร์บูไรเซชัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง (High temperature corrosion phenomenon) ซึ่งคาร์บูไรเซชันเป็นสภาวะบรรยากาศที่มี partial pressure ของออกซิเจนต่ำและมี carbon activity สูง [6] ทำให้โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr-carbides) มีความเสถียรทางเทอร์โมไดนามิกส์มากกว่าชั้นที่เป็นโครเมียมออกไซด์

การตกตะกอนของคาร์ไบด์ภายในวัสดุ

แม้ว่าเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด AISI 310 สามารถสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์เมื่ออยู่ในสภาวะแบบออกซิไดซิ่งได้ แต่ถ้าสภาวะแวดล้อมเป็นคาร์บูไรซิ่ง ฟิล์มดังกล่าวมีความต้านทานที่อุณหภูมิสูงได้ไม่เกิน 1,050 องศาเซลเซียส [3,7] เนื่องจากถ้าอุณหภูมิสูงมากกว่านี้ ฟิล์มดังกล่าวจะมีการเปลี่ยนลักษณะไปเป็นแบบกึ่งต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่อง โดยมักเปลี่ยนไปอยู่ในรูปของโครเมียมคาร์ไบด์/ออกไซด์ที่มีลักษณะพรุน ซึ่งลักษณะดังกล่าวมักเป็นช่องทางให้คาร์บอนที่มีอยู่มากในบรรยากาศเผาไหม้แพร่เข้าไปในวัสดุได้ง่ายขึ้น โดยอัตราการแพร่จะขึ้นกับอุณหภูมิเป็นหลัก จากนั้นจะเกิดการตกตะกอนทั้งตามขอบเกรนและภายในเกรนส่งผลให้วัสดุมีความเหนียวและความแกร่งลดลง [8] นอกจากนี้ ถ้าสภาวะแวดล้อมเป็นแบบริดิวซิ่งอย่างรุนแรง (Severely reducing) นอกจากจะส่งเสริมให้เกิดการตกตะกอนภายใน (Internal precipitate) วัสดุแล้วยังมักทำให้เกิดฝุ่นโลหะ (Metal dusting) โดยเกิดการแยกชั้น (Disintegration) ของโลหะผสมกลายเป็นอนุภาคผงโลหะขนาดเล็กและมีผงถ่านเกาะติด ซึ่งสาเหตุอาจเกิดจากหลายปัจจัย ยกตัวอย่างเช่น การควบคุมสภาวะการเผาไหม้ไม่ถูกต้องเหมาะสม สภาวะแวดล้อมที่มีคาร์บอนมากเกินไปในระหว่างการใช้งานที่อุณหภูมิสูง หรือ วัสดุไม่เหมาะสมกับสภาวะการใช้งาน เป็นต้น

โดยทั่วไปสภาวะการใช้งานเริ่มต้นของท่อน่าจะเป็นแบบ oxidizing/carburizing คราบที่เกิดขึ้นจะมีความต่อเนื่อง แต่เมื่อสภาวะการใช้งานมีฤทธิ์กัดกร่อนที่รุนแรง (Aggressive environment) คือเปลี่ยนไปเป็นแบบ reducing/carburizing และมีอุณหภูมิสูงกว่า 1,050 องศาเซลเซียส ออกไซด์ดังกล่าวได้เปลี่ยนรูปไปเป็นคาร์ไบด์ ส่งผลให้ฟิล์มที่เกิดขึ้นมีลักษณะไม่ต่อเนื่อง คาร์บอนที่มีอยู่ปริมาณมากและมีศักยภาพสูงในสิ่งแวดล้อมได้แพร่เข้าไปตามจุดบกพร่อง ซึ่งยืนยันได้จากการตรวจสอบคราบออกไซด์ด้วย SEM ที่หลุดร่อนมีลักษณะพรุน นอกจากนี้การตรวจพบอนุภาคผงคาร์บอนเกาะติดที่ผิวหน้า (Adherent coking) ชี้ให้เห็นว่าสภาวะแวดล้อมเป็นแบบรีดิวซิ่งอย่างรุนแรง ซึ่งแก๊สธรรมชาติมีมีเทนเป็นองค์ประกอบหลัก (~75%) เมื่อถูกเผาไหม้แล้วเกิดการแตกตัวจะได้คาร์บอนอิสระดังสมการ CH4 = 2H2 + C คาร์บอนที่ได้จากปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกิดเป็นคราบของผงคาร์บอนเกาะติด ลักษณะดังกล่าวส่งผลให้ผิวหน้าของวัสดุมีสมบัติเป็นฉนวนกันความร้อน ซึ่งในการใช้งานจำเป็นต้องให้อุณหภูมิที่สูงขึ้นมากกว่าปกติ ทั้งนี้เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิให้ได้ตามค่าที่ต้องการ นอกจากนี้ยังเป็นปัจจัยเร่งให้เกิดคาร์บูไรเซชันได้ [3]

โครงสร้างจุลภาคบริเวณด้านนอกของท่อที่สัมผัสอากาศร้อน

โครงสร้างจุลภาคบริเวณด้านในของท่อที่เกิดคาร์บูไรเซชัน

โครงสร้างจุลภาคของท่อที่ยังไม่ใช้งาน

การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคชี้ให้เห็นได้ชัดเจนว่า ท่อเกิดการเสียหายด้วยรูปแบบคาร์บูไรเซชัน กล่าวคือ มีการแยกตัวตกตะกอนของเฟสที่มีโครเมียมสูง (Chromium rich phase) ปรากฏการณ์ดังกล่าวใช้อธิบายผลของอุณหภูมิต่อความต่อเนื่องของชั้นที่ฟอร์มและพฤติกรรมของคาร์บูไรเซชัน การแพร่ของคาร์บอนส่งผลให้วัสดุมีน้ำหนักเพิ่มขึ้น คาร์บอนที่มีในปริมาณมากนี้จะทำให้เกิดการขยายตัวของแลททิช  (Lattice expansion) ทำให้ชั้นที่เสื่อมสภาพและวัสดุมีความสามารถในการขยายตัวเนื่องจากความร้อน (Thermal expansion) ที่แตกต่างกัน เหนี่ยวนำให้เกิดการแยกชั้นของคราบกับวัสดุ คาร์ไบด์ตกตะกอนที่พบในปริมาณมากและมีขนาดใหญ่นี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเวลาแต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นหลัก [4] ดังจะเห็นได้ว่าการเสียหายของท่อดังกล่าวเกิดขึ้นภายในระยะเวลาแค่ 1 เดือน หรืออาจกล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า ยิ่งอุณหภูมิการใช้งานมีค่ามากกว่า 1,050 องศาเซลเซียสมากเพียงใด การแยกตัวตกตะกอนของเฟสที่มีโครเมียมสูงก็จะมีปริมาณมากและขนาดใหญ่ตามไปด้วย การฟอร์มตัวของโครเมียมคาร์ไบด์ในปริมาณมาก ส่งผลให้เกิดบริเวณสูญโครเมียม (Chromium depleted zone) ซึ่งมีโครงสร้างพื้นฐานเป็นออสเตนไนต์ เรียกบริเวณดังกล่าวนี้ว่าเฟสที่มีเหล็กสูง (Iron rich phase) ซึ่งจะลดความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการได้รับความร้อนแบบคาบ (Thermal cycling) การที่ท่อถูกใช้งานแบบไม่ต่อเนื่องจากการหยุดเพื่อซ่อมการอุดตันรูของท่อ ส่งผลให้เกิดความเค้นจากความร้อน (Thermal stress) และความเค้นทางกล (Mechanical stress) ซึ่งเป็นปัจจัยเร่งให้เกิดการแยกชั้นของชั้นเสื่อมสภาพและวัสดุ ในที่สุดก็เกิดการหลุดร่อนของชั้นเสื่อมสภาพบนผิวหน้า  การที่ชั้นเสื่อมสภาพถูกทำลายหรือหลุดออกไปนั้น สามารถทำการซ่อมแซมได้โดยการแพร่ของโครเมียมและการฟอร์มตัวของชั้นออกไซด์ใหม่ อย่างไรก็ตาม การเสียหายและหลุดร่อนของชั้นเสื่อมสภาพแล้วซ่อมแซมใหม่ซ้ำแล้วซ้ำเล่าเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถยืนยันได้จากผลการวัดความหนาท่อที่จะมีค่าลดลงจะส่งผลให้ปริมาณโครเมียมลดลงเรื่อยๆ เมื่อการแพร่ของโครเมียมจากวัสดุเพื่อสร้างฟิล์มใหม่ที่ผิวด้านนอกเกิดขึ้นได้น้อยแล้ว โลหะผสมจะมีความอ่อนแอโดยเกิดการกัดกร่อนภายใน (Internal attack) ในรูปของคาร์บูไรเซชันภายใน (Internal carburization)  เมื่อความสามารถในการสร้างฟิล์มออกไซด์บนผิวหน้ามีค่าลดลง คาร์บอนที่มีค่าแอกทิวิตี้สูงนี้ก็จะแพร่เข้าไปในวัสดุ แล้วเกิดการฟอร์มเป็นโครงสร้างที่สามารถตกตะกอนภายใน (Internal precipitates)  นอกจากนี้ การเกิดบริเวณสูญโครเมียมจะส่งผลให้บริเวณดังกล่าวมีความต้านทานต่อออกซิเดชันและคาร์บูไรเซชันต่ำลง ในโครงพื้นฐานที่เป็นออสเตนไนต์นี้ เมื่อเกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่มีลักษณะเป็นแท่งเล็กๆ (Spinel) จะแสดงตัวเป็นนิวเคลียส (Precipitate nucleation) เพื่อรอการ growth การเติบโตของอนุภาคดังกล่าวจำเป็นต้องมีการแพร่ของโครเมียมจากบริเวณรอบๆ ดังนั้นการขยายตัวจึงดำเนินการต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งโครเมียมในบริเวณข้างเคียงมีปริมาณลดลง อย่างไรก็ตาม ยังมีโครเมียมอยู่อีกจำนวนมากที่อยู่ลึกลงไปจากผิวหน้าของชิ้นงาน ดังนั้น การขยายตัวของอนุภาคที่ตกตะกอนก็เกิดขึ้นเรื่อยๆ จนเมื่อการสูญเสียความหนาของท่อรวมทั้งชั้นที่เกิดคาร์บูไรซ์มีค่าประมาณ 30-50% ของความหนาท่อ การเสียหายก็จะเกิดขึ้นอย่างทันทีทันใด [3] จากลักษณะของโครงสร้างจุลภาคที่ปรากฏสามารถชี้ให้เห็นได้ว่า วัสดุไม่สามารถสร้างฟิล์มเพื่อต้านทานการแพร่ของคาร์บอน โครงสร้างพื้นฐานที่เป็นออสเตนไนต์หรือโครงสร้างที่มีเหล็กสูง แต่มีการสูญโครเมียมรอบๆ อนุภาคที่มีลักษณะเป็นแท่ง ก็ยิ่งส่งเสริมให้เกิดคาร์บูไรเซชันได้ดียิ่งขึ้น

การตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่มีลักษณะเป็นแท่งเล็กๆ (Spinel)

ความแข็งเป็นอีกตัวแปรหนึ่งที่ใช้ยืนยันการเกิดคาร์บูไรเซชันได้ โดยความแข็งจะสูงอย่างมีนัยสำคัญเฉพาะที่ชั้นด้านนอกที่เกิดคาร์บูไรเซชัน [4] 

ความแข็งตลอดหน้าตัดของท่อที่เสียหายกับท่อปกติ

จากผลการวิเคราะห์สามารถสรุปได้ว่า ท่อลำเลียงแก๊สร้อนเกิดการเสียหายด้วยรูปแบบคาร์บูไรเซชัน เนื่องจากการสัมผัสกับบรรยากาศที่มีคาร์บอนเป็นส่วนผสมที่อุณหภูมิสูงเกินพิกัดที่วัสดุสามารถรับได้ ส่งผลให้วัสดุเกิดการตกตะกอนของเฟสที่มีโครเมียมสูงในปริมาณมากรวมทั้งการแยกตัวของชั้นที่เสื่อมสภาพ

เอกสารอ้างอิง

[1]      Yin RC. Cyclic and isothermal exposures of 310SS to 10%CH₄/H₂ carburizing gas mixture at high temperatures, Mater Sci Eng A 2005; 391:19-28.

[2]      Yin RC. Carburization of 310 stainless steel exposed at 800–1100 °C in 2%CH₄/H₂ gas mixture. Corros Sci 2005;47(8):1896-910.

[3]      Tsaur C.-C, Rock JC, Wang C.-J, Su Y.-H. The hot corrosion of 310 stainless steel with pre-coated NaCl/Na₂SO₄ mixtures at 750 °C. Mat Chem and Phys 2005;89(2-3):445-53.

[4]      Tawancy HM. Degradation of mechanical strength of pyrolysis furnace tubes by high-temperature carburization in a petrochemical plant. Eng Fail Anal 2009; 16(7):2171-8.

[5]      Li H, Zheng Y, Benum LW, Oballa M, Chen W. Carburization behaviour of Mn–Cr–O spinel in high temperature hydrocarbon cracking environment. Corros Sci 2009;51(10):2336-41.

[6]      Smith PJ, Van der Biest O, Corish J.  The initial stages of high-temperature corrosion of Fe-Cr-Ni and Cr-Ni alloys in a carburizing atmosphere of low oxygen partial pressure. Oxidation of Metals 1985;24(1-2):47-83.

[7]      Li H. et al., Carburization behaviour of Mn-Cr-O spinel in high temperature hydrocarbon cracking environment, Corros. Sci. 2009; 51 : 2336– 41

[8]      Ul-hamid A. et al., Carburization of Fe-Cr-Ni alloys at high temperatures, Materials Science-Poland 2006 ; 24(2/1) : 319-31.