สแตนเลสสตีล (Stainless Steel)ย่อมาจาก Stainless acid-resistant steel คือ เหล็กกล้าทนกรด และเกรดเหล็กที่ทนทานต่อสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอ่อนๆ เช่น อากาศ ไอ น้ำ หรือมีคุณสมบัติเป็นสเตนเลส เรียกว่า Stainless steel
คำว่า "สแตนเลสสตีล" ไม่ได้หมายถึงเพียงสเตนเลสชนิดหนึ่งเท่านั้น แต่หมายถึงสเตนเลสในอุตสาหกรรมมากกว่าร้อยชนิด ซึ่งแต่ละชนิดก็มีประสิทธิภาพที่ดีในด้านการใช้งานเฉพาะของตน
เหล็กทุกชนิดมีโครเมียม 17 ถึง 22% และเหล็กเกรดที่ดีกว่าก็มีนิกเกิลด้วย การเติมโมลิบดีนัมสามารถปรับปรุงการกัดกร่อนในบรรยากาศได้ดียิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศที่มีคลอไรด์
1. การจำแนกประเภทของสแตนเลส
1.สแตนเลสและเหล็กทนกรดคืออะไร?
คำตอบ: สเตนเลสสตีล (Stainless steel) ย่อมาจากคำว่า “สเตนเลสสตีลทนกรด” ซึ่งมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนอ่อนๆ เช่น อากาศ ไอ น้ำ หรือสเตนเลสสตีล เกรดเหล็กที่สึกกร่อนเรียกว่า “เหล็กกล้าทนกรด”
เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีของทั้งสองชนิดแตกต่างกัน ความต้านทานการกัดกร่อนจึงแตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว สเตนเลสสตีลทั่วไปจะไม่ทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมี ในขณะที่เหล็กทนกรดมักจะเป็นสเตนเลสสตีล
2. สเตนเลสจำแนกประเภทอย่างไร?
คำตอบ: ตามสถานะขององค์กร สามารถแบ่งได้เป็นเหล็กมาร์เทนซิติก เหล็กเฟอร์ริติก เหล็กออสเทนนิติก สเตนเลสออสเทนนิติก-เฟอร์ริติก (ดูเพล็กซ์) และสเตนเลสชุบแข็งแบบตกตะกอน
(1) เหล็กกล้ามาร์เทนซิติก: มีความแข็งแรงสูง แต่ความสามารถในการขึ้นรูปและการเชื่อมต่ำ
เกรดสเตนเลสมาร์เทนซิติกที่นิยมใช้กัน ได้แก่ 1Cr13, 3Cr13 เป็นต้น เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนสูง จึงมีความแข็งแรง ความแข็ง และทนต่อการสึกหรอสูง แต่ความต้านทานการกัดกร่อนค่อนข้างต่ำ จึงนิยมใช้เนื่องจากมีสมบัติเชิงกลสูงและทนต่อการกัดกร่อนสูง ส่วนประกอบทั่วไปบางอย่าง เช่น สปริง ใบพัดกังหันไอน้ำ วาล์วไฮดรอลิก เป็นต้น
เหล็กประเภทนี้ใช้หลังจากการชุบแข็งและการอบอ่อน ส่วนการอบอ่อนจะต้องทำหลังจากการตีขึ้นรูปและการปั๊ม
(2) เหล็กเฟอร์ริติก: มีส่วนผสมของโครเมียม 15% ถึง 30% ความต้านทานการกัดกร่อน ความเหนียว และความสามารถในการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณโครเมียมที่เพิ่มขึ้น และความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ดีกว่าสเตนเลสประเภทอื่นๆ เช่น Crl7, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28 เป็นต้น
เนื่องจากมีปริมาณโครเมียมสูง ความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันจึงค่อนข้างดี แต่คุณสมบัติเชิงกลและกระบวนการกลับต่ำ เหล็กกล้าชนิดนี้ส่วนใหญ่นำไปใช้ในโครงสร้างที่ทนกรดและมีแรงเค้นน้อย และเป็นเหล็กกล้าป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
เหล็กชนิดนี้สามารถต้านทานการกัดกร่อนของบรรยากาศ กรดไนตริก และสารละลายเกลือ มีคุณสมบัติต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงได้ดีและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ใช้ในกรดไนตริกและอุปกรณ์โรงงานอาหาร และยังสามารถใช้ผลิตชิ้นส่วนที่ทนต่ออุณหภูมิสูง เช่น ชิ้นส่วนกังหันก๊าซ เป็นต้น
(3) เหล็กกล้าออสเทนนิติก: ประกอบด้วยโครเมียมมากกว่า 18% และนิกเกิลประมาณ 8% รวมถึงโมลิบดีนัม ไทเทเนียม ไนโตรเจน และธาตุอื่นๆ อีกเล็กน้อย มีประสิทธิภาพโดยรวมดี ทนทานต่อการกัดกร่อนจากสื่อต่างๆ
โดยทั่วไป การบำบัดด้วยสารละลายจะถูกนำมาใช้ นั่นคือ เหล็กจะถูกให้ความร้อนถึง 1,050-1,150 °C จากนั้นจึงระบายความร้อนด้วยน้ำหรืออากาศเพื่อให้ได้โครงสร้างออสเทไนต์เฟสเดียว
(4) สเตนเลสออสเทนนิติก-เฟอร์ริติก (ดูเพล็กซ์): มีข้อดีของสเตนเลสออสเทนนิติกและเฟอร์ริติก และมีคุณสมบัติพิเศษด้านพลาสติก ออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของสเตนเลสทั้งหมด
ในกรณีที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ ปริมาณโครเมียมจะอยู่ที่ 18% ถึง 28% และปริมาณนิกเกิลจะอยู่ที่ 3% ถึง 10% เหล็กกล้าบางชนิดยังประกอบด้วยธาตุผสม เช่น โมลิบดีนัม (Mo), ทองแดง (Cu), ซิลิคอน (Si), ไนไตรด์ (Nb), ไททาเนียม (Ti) และไนไตรด์ (N)
เหล็กกล้าชนิดนี้มีคุณสมบัติของทั้งสเตนเลสออสเทนนิติกและสเตนเลสเฟอร์ริติก เมื่อเทียบกับเฟอร์ไรต์ เหล็กกล้าชนิดนี้มีความเหนียวและความยืดหยุ่นสูงกว่า ไม่เปราะที่อุณหภูมิห้อง ทนทานต่อการกัดกร่อนระหว่างเกรนและประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่ยังคงรักษาความเป็นเหล็กไว้ได้ สเตนเลสมีความเปราะที่อุณหภูมิ 475°C มีค่าการนำความร้อนสูง และมีคุณลักษณะของซูเปอร์พลาสติก
เมื่อเปรียบเทียบกับสเตนเลสออสเทนนิติก สเตนเลสดูเพล็กซ์มีความแข็งแรงสูงและทนทานต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนและการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ได้ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัด สเตนเลสดูเพล็กซ์มีความทนทานต่อการกัดกร่อนแบบหลุมได้ดีเยี่ยม และยังเป็นสเตนเลสที่ประหยัดนิกเกิลอีกด้วย
(5) สเตนเลสสตีลชุบแข็งแบบตกตะกอน: เมทริกซ์คือออสเทไนต์หรือมาร์เทนไซต์ และสเตนเลสสตีลชุบแข็งแบบตกตะกอนที่นิยมใช้คือ 04Cr13Ni8Mo2Al เป็นต้น สเตนเลสสตีลชนิดนี้สามารถชุบแข็ง (เพิ่มความแข็งแรง) ได้ด้วยการชุบแข็งแบบตกตะกอน (หรือที่เรียกว่าการชุบแข็งตามอายุ)
เมื่อจำแนกตามองค์ประกอบ จะแบ่งออกเป็นสแตนเลสโครเมียม สแตนเลสโครเมียม-นิกเกิล และสแตนเลสโครเมียมแมงกานีสไนโตรเจน
(1) เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อน (กรดออกซิไดซ์ กรดอินทรีย์ การเกิดโพรงอากาศ) ทนความร้อน และทนต่อการสึกหรอ นิยมใช้เป็นวัสดุอุปกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้า สารเคมี และปิโตรเลียม อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมต่ำ จึงควรให้ความสำคัญกับกระบวนการเชื่อมและสภาวะการอบชุบด้วยความร้อน
(2) ในระหว่างการเชื่อม สแตนเลสโครเมียม-นิกเกิลจะถูกให้ความร้อนซ้ำๆ เพื่อตกตะกอนคาร์ไบด์ ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติเชิงกล
(3) ความแข็งแรง ความเหนียว ความเหนียว ความสามารถในการขึ้นรูป ความสามารถในการเชื่อม ความทนทานต่อการสึกหรอ และความทนทานต่อการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-แมงกานีสนั้นดี
2. ปัญหาที่ยากในการเชื่อมสแตนเลสและการแนะนำการใช้วัสดุและอุปกรณ์
1. ทำไมการเชื่อมสแตนเลสจึงยาก?
คำตอบ: (1) ความไวต่อความร้อนของสแตนเลสค่อนข้างสูง และระยะเวลาที่อยู่ในช่วงอุณหภูมิ 450-850 ° C จะนานกว่าเล็กน้อย และความต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะลดลงอย่างมาก
(2) มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวเนื่องจากความร้อน
(3) การป้องกันที่ไม่ดีและการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงอย่างรุนแรง
(4) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นมีขนาดใหญ่ และสามารถผลิตการเสียรูปจากการเชื่อมขนาดใหญ่ได้ง่าย
2. สามารถใช้มาตรการทางเทคโนโลยีที่มีประสิทธิผลใดบ้างในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก?
ตอบ: (1) เลือกวัสดุเชื่อมอย่างเคร่งครัดตามองค์ประกอบทางเคมีของโลหะฐาน
(2) การเชื่อมอย่างรวดเร็วด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก พลังงานเส้นขนาดเล็ก ช่วยลดความร้อนที่เข้ามา
(3) ลวดเชื่อมเส้นผ่านศูนย์กลางบาง แท่งเชื่อม ไม่มีการแกว่ง เชื่อมหลายชั้นหลายรอบ
(4) การระบายความร้อนแบบบังคับของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพื่อลดระยะเวลาที่คงอยู่ที่ 450-850°C
(5) การป้องกันอาร์กอนที่ด้านหลังของการเชื่อม TIG
(6) รอยเชื่อมที่สัมผัสกับตัวกลางที่กัดกร่อนจะถูกเชื่อมในที่สุด
(7) การบำบัดรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนโดยใช้วิธีการ Passivation
3. เหตุใดเราจึงควรเลือกลวดเชื่อมและอิเล็กโทรดซีรีส์ 25-13 สำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก เหล็กกล้าคาร์บอน และเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ (การเชื่อมเหล็กต่างชนิด)
ตอบ: การเชื่อมรอยเชื่อมเหล็กต่างชนิดที่เชื่อมต่อสเตนเลสออสเทนนิติกกับเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ โลหะเชื่อมจะต้องใช้ลวดเชื่อมซีรีส์ 25-13 (309, 309L) และแท่งเชื่อม (ออสเทนนิติก 312, ออสเทนนิติก 307 เป็นต้น)
หากใช้การเชื่อมวัสดุสิ้นเปลืองสแตนเลสชนิดอื่น โครงสร้างแบบมาร์เทนไซต์และรอยแตกร้าวเย็นจะปรากฏบนเส้นหลอมรวมที่ด้านข้างของเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ
4. เหตุใดลวดเชื่อมสแตนเลสแท้จึงใช้ก๊าซป้องกัน 98%Ar+2%O2
คำตอบ: ในระหว่างการเชื่อมลวดสเตนเลสแข็งด้วย MIG หากใช้ก๊าซอาร์กอนบริสุทธิ์เพื่อป้องกัน แรงตึงผิวของแอ่งหลอมเหลวจะสูง และรอยเชื่อมจะมีรูปร่างไม่ดี ทำให้เกิดรอยเชื่อมแบบ "หลังค่อม" การเติมออกซิเจน 1-2% สามารถลดแรงตึงผิวของแอ่งหลอมเหลวได้ และรอยเชื่อมจะเรียบเนียนและสวยงาม
5. ทำไมพื้นผิวของลวดเชื่อมสแตนเลสแบบตันจึงกลายเป็นสีดำ? แล้วจะแก้ปัญหานี้อย่างไร?
คำตอบ: ความเร็วในการเชื่อม MIG ของลวดเชื่อมสแตนเลสแบบตันค่อนข้างเร็ว (30-60 ซม./นาที) เมื่อหัวฉีดแก๊สป้องกันไหลไปยังบริเวณแอ่งหลอมเหลวด้านหน้า รอยเชื่อมจะยังคงอยู่ในสถานะอุณหภูมิสูงถึงแดง ซึ่งอากาศสามารถออกซิไดซ์ได้ง่าย และเกิดออกไซด์ขึ้นบนพื้นผิว รอยเชื่อมจะมีสีดำ วิธีการดองผิวแบบพาสซีฟสามารถขจัดคราบดำและฟื้นฟูพื้นผิวสแตนเลสให้กลับมามีสีเดิม
6. เหตุใดลวดเชื่อมสแตนเลสแบบตันจึงต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนผ่านด้วยเจ็ทและการเชื่อมที่ปราศจากการกระเด็น?
ตอบ: เมื่อเชื่อมด้วยลวดสแตนเลสแบบแข็ง MIG ลวดเชื่อม φ1.2 เมื่อกระแสไฟฟ้า I ≥ 260 ~ 280A สามารถเปลี่ยนกระแสได้ โดยละอองน้ำจะเกิดการเปลี่ยนกระแสลัดวงจรเมื่อค่าต่ำกว่านี้ และเกิดการกระเด็นมาก โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้
เฉพาะการใช้แหล่งจ่ายไฟ MIG ร่วมกับพัลส์เท่านั้น จึงจะทำให้หยดพัลส์เปลี่ยนจากค่าสเปกเล็กไปเป็นค่าสเปกใหญ่ได้ (เลือกค่าต่ำสุดหรือสูงสุดตามเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด) เชื่อมได้โดยไม่เกิดสะเก็ดไฟ
7. เหตุใดลวดเชื่อมสแตนเลสแบบฟลักซ์คอร์จึงได้รับการปกป้องด้วยก๊าซ CO2 แทนที่จะเป็นแหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์?
คำตอบ: ในปัจจุบันลวดเชื่อมสแตนเลสแบบฟลักซ์คอร์ที่ใช้กันทั่วไป (เช่น 308, 309 เป็นต้น) สูตรฟลักซ์เชื่อมในลวดเชื่อมได้รับการพัฒนาตามปฏิกิริยาโลหะเคมีในการเชื่อมภายใต้การปกป้องของก๊าซ CO2 ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจึงไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟเชื่อมแบบพัลส์อาร์ค (แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์จำเป็นต้องใช้ก๊าซผสม) หากคุณต้องการเข้าสู่การเปลี่ยนผ่านของหยดล่วงหน้า คุณยังสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์หรือแบบจำลองการเชื่อมแบบป้องกันก๊าซธรรมดาด้วยการเชื่อมด้วยก๊าซผสมได้
เวลาโพสต์: 24 มี.ค. 2566