เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel)คำว่า "stainless" เป็นคำย่อของ "stainless acid-resistant steel" ซึ่งหมายถึงเหล็กเกรดที่ทนต่อสารกัดกร่อนอ่อนๆ เช่น อากาศ ไอน้ำ น้ำ หรือมีคุณสมบัติเป็นสแตนเลส
คำว่า "เหล็กกล้าไร้สนิม"ไม่ได้หมายถึงเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดเดียว" แต่หมายถึงเหล็กกล้าไร้สนิมอุตสาหกรรมมากกว่าหนึ่งร้อยชนิด ซึ่งแต่ละชนิดมีประสิทธิภาพดีในด้านการใช้งานเฉพาะของตน
เหล็กกล้าเหล่านี้ทั้งหมดมีโครเมียมเป็นส่วนประกอบ 17 ถึง 22% และเหล็กกล้าเกรดดีกว่าจะมีนิกเกลเป็นส่วนประกอบด้วย การเติมโมลิบเดนัมสามารถช่วยปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อนในบรรยากาศได้ดียิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งความต้านทานต่อการกัดกร่อนในบรรยากาศที่มีคลอไรด์เป็นส่วนประกอบ
1. การจำแนกประเภทของเหล็กกล้าไร้สนิม
1. เหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าทนกรดคืออะไร?
คำตอบ: เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless steel) เป็นคำย่อของเหล็กทนกรด (acid-resistant steel) ซึ่งทนต่อสารกัดกร่อนอ่อนๆ เช่น อากาศ ไอน้ำ น้ำ หรือสารอื่นๆ ส่วนเหล็กที่ไม่เป็นสนิมจะเรียกว่าเหล็กทนกรด
เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนของทั้งสองชนิดแตกต่างกัน เหล็กกล้าไร้สนิมทั่วไปมักไม่ทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมี ในขณะที่เหล็กกล้าทนกรดโดยทั่วไปจะไม่ทนต่อการกัดกร่อน
2. จะจำแนกประเภทของเหล็กกล้าไร้สนิมได้อย่างไร?
คำตอบ: ตามสถานะทางโครงสร้าง สามารถแบ่งออกเป็นเหล็กมาร์เทนซิติก เหล็กเฟอร์ริติก เหล็กออสเทนิติก เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก-เฟอร์ริติก (ดูเพล็กซ์) และเหล็กกล้าไร้สนิมชุบแข็งแบบตกตะกอน
(1) เหล็กกล้ามาร์เทนซิติก: มีความแข็งแรงสูง แต่มีความยืดหยุ่นและเชื่อมได้ไม่ดี
เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกเกรดที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ 1Cr13, 3Cr13 เป็นต้น เนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนสูง จึงมีความแข็งแรง ความแข็ง และความทนทานต่อการสึกหรอสูง แต่ความทนทานต่อการกัดกร่อนค่อนข้างต่ำ และนิยมใช้ในชิ้นส่วนทั่วไปที่มีคุณสมบัติทางกลสูงและความทนทานต่อการกัดกร่อน เช่น สปริง ใบพัดกังหันไอน้ำ วาล์วไฮดรอลิก เป็นต้น
เหล็กกล้าประเภทนี้ใช้ได้หลังจากผ่านกระบวนการชุบแข็งและอบคืนตัวแล้ว และจำเป็นต้องอบอ่อนหลังจากขึ้นรูปและปั๊มขึ้นรูป
(2) เหล็กเฟอร์ริติก: โครเมียม 15% ถึง 30% ความต้านทานการกัดกร่อน ความเหนียว และความสามารถในการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณโครเมียมที่เพิ่มขึ้น และความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของคลอไรด์จะดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมประเภทอื่น เช่น Cr7, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28 เป็นต้น
เนื่องจากมีปริมาณโครเมียมสูง จึงทนต่อการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชันได้ค่อนข้างดี แต่คุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติในการแปรรูปไม่ดีนัก ส่วนใหญ่จึงใช้สำหรับโครงสร้างที่ทนต่อกรด มีความเค้นต่ำ และใช้เป็นเหล็กต้านการเกิดออกซิเดชัน
เหล็กกล้าชนิดนี้สามารถทนต่อการกัดกร่อนของบรรยากาศ กรดไนตริก และสารละลายเกลือได้ดี มีคุณสมบัติทนต่อการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงได้ดี และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ จึงถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์โรงงานกรดไนตริกและอาหาร และยังสามารถใช้ผลิตชิ้นส่วนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง เช่น ชิ้นส่วนกังหันก๊าซ เป็นต้น
(3) เหล็กกล้าออสเทนิติก: ประกอบด้วยโครเมียมมากกว่า 18% และยังมีนิกเกลประมาณ 8% และโมลิบเดนัม ไทเทเนียม ไนโตรเจน และธาตุอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย มีประสิทธิภาพโดยรวมดี ทนต่อการกัดกร่อนจากสื่อต่างๆ
โดยทั่วไปจะใช้วิธีการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งก็คือการให้ความร้อนแก่เหล็กจนถึงอุณหภูมิ 1050-1150 องศาเซลเซียส แล้วจึงระบายความร้อนด้วยน้ำหรืออากาศเพื่อให้ได้โครงสร้างออสเทนไนต์เฟสเดียว
(4) เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก-เฟอร์ริติก (ดูเพล็กซ์): มีข้อดีของทั้งเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกและเฟอร์ริติก และมีคุณสมบัติเป็นซูเปอร์พลาสติก ออสเทนิติกและเฟอร์ริติกมีสัดส่วนประมาณครึ่งหนึ่งของเหล็กกล้าไร้สนิมทั้งหมด
ในกรณีที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ ปริมาณโครเมียมจะอยู่ที่ 18% ถึง 28% และปริมาณนิกเกลจะอยู่ที่ 3% ถึง 10% เหล็กกล้าบางชนิดยังประกอบด้วยธาตุผสมอื่นๆ เช่น โมลิบเดนัม ทองแดง ซิลิคอน ไนโอเบียม ไทเทเนียม และไนโตรเจน
เหล็กกล้าชนิดนี้มีคุณสมบัติทั้งของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกและเฟอร์ริติก เมื่อเปรียบเทียบกับเฟอร์ริติกแล้ว เหล็กกล้าชนิดนี้มีความยืดหยุ่นและความเหนียวสูงกว่า ไม่เปราะที่อุณหภูมิห้อง ทนต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนได้ดีขึ้นอย่างมาก และมีประสิทธิภาพในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมที่เปราะที่อุณหภูมิ 475°C มีค่าการนำความร้อนสูง และมีคุณสมบัติของความยืดหยุ่นสูงเป็นพิเศษ
เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนและการกัดกร่อนจากความเค้นของคลอไรด์ได้ดีขึ้นอย่างมาก เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมได้ดีเยี่ยม และยังเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่ช่วยประหยัดนิกเกลอีกด้วย
(5) เหล็กกล้าไร้สนิมชุบแข็งด้วยการตกตะกอน: เมทริกซ์เป็นออสเทนไนต์หรือมาร์เทนไซต์ และเกรดเหล็กกล้าไร้สนิมชุบแข็งด้วยการตกตะกอนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ 04Cr13Ni8Mo2Al เป็นต้น เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมที่สามารถเพิ่มความแข็ง (ความแข็งแรง) ได้ด้วยการชุบแข็งด้วยการตกตะกอน (เรียกอีกอย่างว่าการชุบแข็งตามอายุ)
ตามส่วนประกอบแล้ว สามารถแบ่งออกเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-นิกเกิล และเหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมแมงกานีสไนโตรเจน
(1) เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียมมีความต้านทานการกัดกร่อน (กรดออกซิไดซ์ กรดอินทรีย์ การเกิดโพรงอากาศ) ความต้านทานความร้อน และความต้านทานการสึกหรอในระดับหนึ่ง และโดยทั่วไปใช้เป็นวัสดุอุปกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้า โรงงานเคมี และโรงงานปิโตรเลียม อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการเชื่อมไม่ดี และควรให้ความสำคัญกับกระบวนการเชื่อมและสภาวะการอบชุบความร้อน
(2) ในระหว่างการเชื่อม เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-นิกเกิลจะได้รับความร้อนซ้ำๆ เพื่อทำให้เกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกล
(3) เหล็กกล้าไร้สนิมโครเมียม-แมงกานีสมีความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ความเหนียว ความสามารถในการขึ้นรูป ความสามารถในการเชื่อม ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี
2. ปัญหาที่ซับซ้อนในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม และความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการใช้วัสดุและอุปกรณ์
1. เหตุใดการเชื่อมสแตนเลสจึงเป็นเรื่องยาก?
คำตอบ: (1) เหล็กกล้าไร้สนิมมีความไวต่อความร้อนค่อนข้างสูง และระยะเวลาที่อยู่ในช่วงอุณหภูมิ 450-850 °C นานขึ้นเล็กน้อย ความต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจะลดลงอย่างมาก
(2) มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกเนื่องจากความร้อน
(3) การป้องกันที่ไม่ดีและการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงอย่างรุนแรง
(4) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นมีขนาดใหญ่ และทำให้เกิดการเสียรูปจากการเชื่อมขนาดใหญ่ได้ง่าย
2. มีมาตรการทางเทคโนโลยีใดบ้างที่มีประสิทธิภาพสำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก?
คำตอบ: (1) เลือกวัสดุเชื่อมอย่างเคร่งครัดตามองค์ประกอบทางเคมีของโลหะพื้นฐาน
(2) การเชื่อมเร็วด้วยกระแสไฟต่ำ พลังงานเส้นเล็กช่วยลดความร้อนที่ป้อนเข้าไป
(3) ลวดเชื่อมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางบาง แท่งเชื่อม ไม่มีการแกว่ง การเชื่อมหลายชั้นหลายรอบ
(4) การระบายความร้อนแบบบังคับของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพื่อลดระยะเวลาที่อยู่ในอุณหภูมิ 450-850°C
(5) การป้องกันอาร์กอนที่ด้านหลังของรอยเชื่อม TIG
(6) รอยเชื่อมที่สัมผัสกับตัวกลางที่กัดกร่อนจะถูกเชื่อมในที่สุด
(7) การบำบัดพาสซิเวชันของรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
3. เหตุใดเราจึงควรเลือกใช้ลวดเชื่อมและอิเล็กโทรดซีรีส์ 25-13 สำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก เหล็กกล้าคาร์บอน และเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ (การเชื่อมเหล็กต่างชนิด)?
คำตอบ: ในการเชื่อมรอยต่อเหล็กต่างชนิดกัน เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก เหล็กกล้าคาร์บอน และเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ โลหะที่ใช้ในการเชื่อมต้องใช้ลวดเชื่อมซีรี่ส์ 25-13 (309, 309L) และแท่งเชื่อม (ออสเทนิติก 312, ออสเทนิติก 307 เป็นต้น)
หากใช้โลหะเชื่อมสแตนเลสชนิดอื่น โครงสร้างมาร์เทนไซต์และรอยแตกร้าวเย็นจะปรากฏขึ้นตามแนวเชื่อมด้านที่เชื่อมกับเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ
4. เหตุใดลวดเชื่อมสแตนเลสแบบแข็งจึงใช้ก๊าซปกคลุม 98%Ar+2%O2?
คำตอบ: ในการเชื่อม MIG ด้วยลวดสแตนเลสแข็ง หากใช้ก๊าซอาร์กอนบริสุทธิ์เป็นก๊าซปกคลุม แรงตึงผิวของบ่อหลอมจะสูง ทำให้รอยเชื่อมไม่เรียบและมีลักษณะเป็น "หลังค่อม" การเติมออกซิเจน 1-2% สามารถลดแรงตึงผิวของบ่อหลอมได้ ทำให้รอยเชื่อมเรียบและสวยงาม
5. เหตุใดพื้นผิวของลวดเชื่อมสแตนเลสตันที่เชื่อมด้วย MIG จึงเปลี่ยนเป็นสีดำ? จะแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างไร?
คำตอบ: ความเร็วในการเชื่อม MIG ด้วยลวดเชื่อมสแตนเลสแบบแข็งนั้นค่อนข้างเร็ว (30-60 ซม./นาที) เมื่อหัวฉีดแก๊สป้องกันเคลื่อนไปถึงบริเวณบ่อหลอมด้านหน้า รอยเชื่อมยังคงอยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูงและร้อนจัด ซึ่งง่ายต่อการเกิดออกซิเดชันจากอากาศ และเกิดออกไซด์ขึ้นบนพื้นผิว ทำให้รอยเชื่อมเป็นสีดำ วิธีการล้างกรดเพื่อปรับสภาพพื้นผิวสามารถกำจัดผิวสีดำและคืนสีพื้นผิวเดิมของสแตนเลสได้
6. เหตุใดลวดเชื่อมสแตนเลสแบบแข็งจึงต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนผ่านของเจ็ทและการเชื่อมที่ปราศจากสะเก็ด?
คำตอบ: เมื่อทำการเชื่อม MIG ด้วยลวดเชื่อมสแตนเลสแข็ง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2 มม. เมื่อกระแสไฟฟ้า I ≥ 260 ~ 280A จะสามารถเปลี่ยนทิศทางการพ่นได้ แต่ถ้ากระแสไฟฟ้าน้อยกว่าค่านี้ การเปลี่ยนทิศทางการพ่นจะเป็นแบบลัดวงจร และจะมีสะเก็ดไฟมาก จึงไม่แนะนำให้ใช้
การใช้แหล่งจ่ายไฟ MIG แบบพัลส์เท่านั้นที่จะช่วยให้สามารถเปลี่ยนขนาดหยดพัลส์จากขนาดเล็กไปเป็นขนาดใหญ่ได้ (เลือกค่าต่ำสุดหรือสูงสุดตามขนาดลวด) และทำให้การเชื่อมปราศจากสะเก็ดไฟ
7. เหตุใดลวดเชื่อมสแตนเลสแบบมีไส้ฟลักซ์จึงได้รับการปกป้องด้วยก๊าซ CO2 แทนที่จะใช้แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์?
คำตอบ: ปัจจุบันลวดเชื่อมสแตนเลสแบบมีไส้ฟลักซ์ที่ใช้กันทั่วไป (เช่น 308, 309 เป็นต้น) สูตรฟลักซ์ในลวดเชื่อมได้รับการพัฒนาตามปฏิกิริยาทางเคมีโลหะวิทยาของการเชื่อมภายใต้การป้องกันของก๊าซ CO2 ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจึงไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟสำหรับการเชื่อมแบบอาร์คพัลส์ (แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์โดยพื้นฐานแล้วต้องใช้ก๊าซผสม) หากคุณต้องการเข้าสู่กระบวนการเปลี่ยนผ่านแบบหยดล่วงหน้า คุณสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟแบบพัลส์หรือแบบจำลองการเชื่อมแบบใช้ก๊าซป้องกันแบบดั้งเดิมร่วมกับการเชื่อมด้วยก๊าซผสมได้
วันที่โพสต์: 24 มีนาคม 2023