ความหมายของเหล็กกล้าไร้สนิม

เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steels) หมายถึงเหล็กกล้าที่ผสมโครเมี่ยมอย่างน้อย 10.5 % ทำให้มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อน

โดยเหล็กกล้าไร้สนิมจะสร้างฟิล์มของโครเมี่ยมออกไซด์ที่บางและแน่นที่ผิวเหล็กกล้า   ซึ่งจะปกป้องเหล็กกล้าจากบรรยากาศภายนอก

กลุ่มต่างๆ ของเหล็กกล้าไร้สนิม

เหล็กกล้าไร้สนิมสามารถแบ่งตามลักษณะโครงสร้างจุลภาคได้เป็น 5 กลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้

1.       เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติก (Ferritic grade)

2.       เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก (Austenitic grade)

3.       เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (Duplex grade)

4.       เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก (Martensitic grade)

5.       เหล็กกล้าไร้สนิมอบชุบแข็งด้วยการตกผลึก (Precipitation-hardening grade)

เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอร์ริติกที่ใช้กันมากจะผสมโครเมี่ยม (Cr) ประมาณ 12% หรือ 17% (ช่วงของส่วนผสมของ Cr +/-1%) มีนิกเกิลน้อยมาก(ติดมากับวัตถุดิบ) 

เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มนี้จะมีโครงสร้างจุลภาคเป็นเฟอร์ไรต์และมีคุณสมบัติที่แม่เหล็กสามารถดูดติดได้   มีค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก (Yield strength) 

และค่าความต้านทานแรงดึง (Tensile strength) ปานกลาง   มีค่าความยืด (Elongation) สูง เช่น เกรด 430, 409   เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดเฟอร์ริติกมีราคาถูกกว่าเมื่อเทียบ

กับกลุ่มออสเตนนิติก   แต่อาจพบปัญหาเรื่องเกรนหยาบ (Grain coarsening) และสูญเสียความแกร่ง(Toughness) หลังการเชื่อม   การใช้งาน เช่น ชิ้นส่วนเครื่องซักผ้า 

ชิ้นส่วนระบบท่อไอเสีย   และในบางเกรดจะผสมโครเมี่ยมสูงเพื่อใช้กับงานที่ต้องทนอุณหภูมิสูง

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกที่ใช้กันมากจะผสมโครเมี่ยมประมาณ 17% (ช่วงของส่วนผสมของ Cr +/-1%) และนิกเกิล (Ni) ประมาณ 9% (ช่วงของส่วนผสมของ Ni +/-1%) 

การผสมนิกเกิลทำให้เหล็กกลุ่มนี้ต่างจากกลุ่มเฟอร์ริติกโดยนิกเกิลจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน และทำให้โครงสร้างจุลภาคเป็นออสเตนไนต์    เหล็กกลุ่มนี้บางเกรด

จะผสมโครเมี่ยมและนิเกิลเพิ่มเพื่อให้สามารถทนต่อการเกิดออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูง ซึ่งทำให้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของเตาหลอม   เหล็กกลุ่มออสเตนนิติกนี้จะทนทานต่อ

การกัดกร่อนดีกว่าเหล็กกลุ่มเฟอร์ริติก   ในด้านคุณสมบัติเชิงกล เหล็กกลุ่มออสเตนนิติกจะมีค่าความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก (Yield strength) ใกล้เคียงกับของกลุ่มเฟอร์ริติก 

แต่จะมีค่าความต้านทานแรงดึง (Tensile strength) และค่าความยืด (Elongation) สูงกว่าจึงสามารถขึ้นรูปได้ดีมาก   เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มนี้มีคุณสมบัติที่แม่เหล็กไม่ดูดติด 

(ในสภาพผ่านการอบอ่อน) เช่น เกรด 304, 316L, 321, 301   การใช้งาน เช่น หม้อ ช้อน ถาด

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก   จะผสมโครเมี่ยมประมาณ 11.5-18% เหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มนี้มีคาร์บอนพอสมเหมาะและสามารถชุบแข็งได้ เหล็กกล้ากลุ่มนี้มีค่าความต้านทานแรงดึง

ที่จุดคราก (Yield strength) และความต้านทานแรงดึง (Tensile strength) สูงมาก แต่จะมีค่าความยืด(Elongation) ต่ำ เช่น เกรด 420  การใช้งาน เช่น ใช้ทำเครื่องมือตัดชิ้นส่วน มีด

เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ จะมีโครงสร้างผสมระหว่างออสเตนไนต์และเฟอร์ไรต์ มีโครเมี่ยมผสมประมาณ 21-28% และนิกเกิลประมาณ 3-7.5%เหล็กกล้ากลุ่มนี้จะมี

ความต้านทานแรงดึงที่จุดครากสูงและค่าความยืดสูง   จึงเรียกได้ว่ามีทั้งความแข็งแรงและความเหนียว (Ductility) สูง เช่น เกรด 2304, 2205, 2507

เหล็กกล้าไร้สนิมอบชุบแข็งด้วยการตกผลึก มีโครเมี่ยมผสมประมาณ 15-18% และนิกเกิลอยู่ประมาณ 3-8% เหล็กกล้ากลุ่มนี้สามารถทำการชุบแข็งได้ จึงเหมาะสำหรับทำแกน 

ปั๊ม หัววาล์ว ตัวอย่างเกรดของเหล็กกลุ่มนี้ เช่น PH13-9Mo, AM-350

ผลของธาตุผสม

คาร์บอน (Carbon)

คาร์บอน (C) เป็นธาตุที่มีอยู่ในเหล็กกล้าไร้สนิมโดยทั่วไปจะไม่เกิน 0.15% (ยกเว้นเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มมาร์เทนซิติก)   เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีคาร์บอนต่ำจะเพิ่มความต้านทานต่อ

การกัดกร่อนตามขอบเกรน เพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปเย็น ตลอดจนเพิ่มความสามารถในการเชื่อม   เหล็กกล้าไร้สนิมส่วนใหญ่ผสมคาร์บอนอยู่ 2 ช่วง คือ 0.02% (≤0.03%) 

และ 0.07% (0.04-0.15%)   นอกจากนี้ การผสมไทเทเนียมหรือไนโอเบียมไปในเหล็กกล้าไร้สนิมจะช่วยให้จับตัวกับคาร์บอนและให้ผลดีต่อคุณสมบัติทั้งสามข้อที่กล่าวมาเหมือน

เหล็กกล้าไร้สนิมคาร์บอน 0.02%   เหล็กกล้าไร้สนิมที่ในเกรดมีอักษร “L”กำกับจะควบคุมคาร์บอนไม่ให้เกิน 0.03% ทำให้สามารถเชื่อมได้ดี  มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนตาม

ขอบเกรน (Intergranular corrosion) และความสามารถในการขึ้นรูปเย็นสูงกว่าเกรดที่มีคาร์บอนสูงกว่า

โครเมี่ยม (Chromium)

โครเมี่ยม (Cr) ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนในสภาพบรรยากาศทั่วไป   โดยผสมอยู่ในเหล็กกล้าไร้สนิมอย่างน้อย 10.5%   แต่เพื่อให้มั่นใจว่าเนื้อเหล็กกล้าไร้สนิม

มีการกระจายของโครเมี่ยมอย่างน้อย 10.5% อย่างสม่ำเสมอ   จึงมักผสมโครเมี่ยมมากกว่าเล็กน้อย   เหล็กกล้าไร้สนิมส่วนใหญ่ผสมโครเมี่ยมอยู่ 2 ช่วง คือ 12% (10.5-14.0%) 

และ 17% (16.0-24.0%)   ถ้าผสมโครเมี่ยมเกินกว่า 30% จะทำให้เหล็กเปราะ

นิกเกิล (Nickel)

นิเกิล (Ni) ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบมุมอับในสารละลายกรด เพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปเย็น ตลอดจนเพิ่มความสามารถในการเชื่อม   เหล็กกล้าไร้สนิมส่วนใหญ่

ผสมนิกเกิลอยู่ 2 ช่วง คือ 0% (ปริมาณเล็กน้อยติดมากับเหล็ก) และ 9% (6.0-15.0%)

โมลิบดินั่ม (Molybdenum)

โมลิบดินั่ม (Mo) ช่วยเสริมผลความต้านทานต่อการกัดกร่อนของโครเมี่ยม   โดยเฉพาะการกัดกร่อนแบบมุมอับ และช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพคลอไรด์ด้วย   

เหล็กกล้าไร้สนิมส่วนใหญ่ผสมโมลิบดินั่มอยู่ 2 ช่วง คือ 0% (ปริมาณเล็กน้อยติดมากับเหล็ก) และ 2% (1.0-3.0%)

ไทเทเนียม (Ti) หรือไนโอเบียม (Nb)

ไทเทเนียม (Ti) หรือไนโอเบียม (Nb) ช่วยปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบขอบเกรน (Intergranular corrosion) โดยสารทั้งสองตัวจะช่วยป้องกันการเกิดโครเมี่ยมคาร์ไบด์  

 นอกจากนี้ ไทเทเนียมหรือไนโอเบียมยังเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปเย็นและความสามารถในการเชื่อมด้วย

ผิวสำเร็จชนิดต่างๆ ของเหล็กกล้าไร้สนิม

การเลือกใช้งานเหล็กกล้าไร้สนิม

คุณสมบัติด้านความต้านทานต่อการกัดกร่อน  ความสามารถในการขึ้นรูป  ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมอาจแบ่งเป็นระดับต่างๆ ได้ดังนี้

ความต้านทานต่อการกัดกร่อน

ปานกลาง               เช่น ใช้สัมผัสกับน้ำสะอาด   บรรยากาศตามชนบท

ดี                          เช่น น้ำตามอุตสาหกรรม   บรรยากาศตามเมือง   กรดอ่อนๆ

ดีมาก                    น้ำทะเล   บรรยากาศตามทะเล   กรดสูง

ความสามารถในการขึ้นรูป

ปานกลาง               ใช้กับงานทั่วไป

ดี                          ยืดตัวได้สูง

ดีมาก                     งานขึ้นรูปลึก (Deep drawing)

ความสามารถในการเชื่อม

ปานกลาง               งานที่ไม่ต้องเชื่อม

ดี                             เชื่อมได้ในงานที่ไม่มีความเสี่ยงในเรื่องของการกัดกร่อนแบบขอบเกรน

ดีมาก                      เชื่อมได้ในงานที่มีความเสี่ยงในเรื่องของการกัดกร่อนแบบขอบเกรน