ประวัติความเป็นมาของเหล็กกล้าไร้สนิม

สแตนเลสคืออะไร?

'สเตนเลส' เป็นคำที่บัญญัติขึ้นในช่วงต้นของการพัฒนาเหล็กกล้าเหล่านี้สำหรับการใช้งานด้านช้อนส้อม ถูกนำมาใช้เป็นชื่อทั่วไปสำหรับเหล็กเหล่านี้ และปัจจุบันครอบคลุมเหล็กหลายประเภทและเกรดสำหรับการใช้งานที่ทนต่อการกัดกร่อนหรือออกซิเดชัน
สแตนเลสเป็นโลหะผสมเหล็กที่มีโครเมียมอย่างน้อย 10.5% ธาตุผสมอื่นๆ จะถูกเพิ่มเพื่อปรับปรุงโครงสร้างและคุณสมบัติ เช่น ความสามารถในการขึ้นรูป ความแข็งแรง และความเหนียวจากการแช่แข็ง
โครงสร้างผลึกนี้ทำให้เหล็กกล้าดังกล่าวไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กและเปราะน้อยลงที่อุณหภูมิต่ำ เพื่อเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงสูง จึงมีการเติมคาร์บอน เมื่อได้รับความร้อนเพียงพอ เหล็กเหล่านี้จะถูกใช้เป็นใบมีดโกน ช้อนส้อม เครื่องมือ ฯลฯ
มีการใช้แมงกานีสในปริมาณมากในส่วนประกอบเหล็กสแตนเลสหลายชนิด แมงกานีสรักษาโครงสร้างออสเทนนิติกในเหล็กเช่นเดียวกับนิกเกิล แต่มีต้นทุนที่ต่ำกว่า

องค์ประกอบหลักในสแตนเลส

สแตนเลสหรือเหล็กทนการกัดกร่อนเป็นโลหะผสมชนิดหนึ่งที่พบได้หลากหลายรูปแบบ มันตอบสนองความต้องการในทางปฏิบัติของเราได้เป็นอย่างดีจนเป็นเรื่องยากที่จะหาขอบเขตของชีวิตของเราโดยที่เราไม่ได้ใช้เหล็กประเภทนี้ ส่วนประกอบหลักของเหล็กกล้าไร้สนิม ได้แก่ เหล็ก โครเมียม คาร์บอน นิกเกิล โมลิบดีนัม และโลหะอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย

ส่วนประกอบในเหล็กกล้าไร้สนิม - ประวัติความเป็นมาของเหล็กกล้าไร้สนิม

ซึ่งรวมถึงโลหะเช่น:

  • นิกเกิล
  • โมลิบดีนัม
  • ไทเทเนียม
  • ทองแดง

มีการเติมสารที่ไม่ใช่โลหะด้วย โดยหลักๆ ได้แก่:

  • คาร์บอน
  • ไนโตรเจน
โครเมียมและนิกเกิล:

โครเมียมเป็นองค์ประกอบที่ทำให้สแตนเลสเป็นสแตนเลส มันเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างภาพยนตร์แบบพาสซีฟ องค์ประกอบอื่นๆ สามารถมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพของโครเมียมในการขึ้นรูปหรือรักษาฟิล์มได้ แต่ไม่มีองค์ประกอบอื่นใดที่สามารถสร้างคุณสมบัติของสแตนเลสได้ด้วยตัวเอง

ที่โครเมียมประมาณ 10.5% จะเกิดฟิล์มอ่อนขึ้นและจะให้การปกป้องชั้นบรรยากาศอย่างอ่อนโยน ด้วยการเพิ่มโครเมียมเป็น 17-20% ซึ่งเป็นเรื่องปกติในสเตนเลสออสเทนนิติกซีรีส์ Type-300 ความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟจึงเพิ่มขึ้น ปริมาณโครเมียมที่เพิ่มขึ้นจะช่วยป้องกันเพิ่มเติม

เครื่องหมาย

องค์ประกอบ

อัล อลูมิเนียม
คาร์บอน
Cr โครเมียม
ลูกบาศ์ก ทองแดง
เฟ เหล็ก
โม โมลิบดีนัม
มน แมงกานีส
เอ็น ไนโตรเจน
นิ นิกเกิล
ฟอสฟอรัส
กำมะถัน
ซีลีเนียม
ตา แทนทาลัม
ติ ไทเทเนียม

นิกเกิลจะทำให้โครงสร้างออสเทนนิติก (โครงสร้างเกรนหรือคริสตัล) ของเหล็กกล้าไร้สนิมมีความเสถียร และเพิ่มคุณสมบัติทางกลและลักษณะการผลิต ปริมาณนิกเกิล 8-10% ขึ้นไปจะช่วยลดแนวโน้มของโลหะที่จะแตกร้าวเนื่องจากการกัดกร่อนจากความเค้น นิกเกิลยังส่งเสริมการกลับคืนสภาพเดิมในกรณีที่ฟิล์มเสียหาย

แมงกานีส:

แมงกานีสร่วมกับนิกเกิล ทำหน้าที่หลายอย่างที่เกิดจากนิกเกิล นอกจากนี้ยังจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ในเหล็กกล้าไร้สนิมเพื่อสร้างแมงกานีสซัลไฟต์ ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน โดยการแทนที่แมงกานีสเป็นนิกเกิล แล้วรวมกับไนโตรเจน ความแข็งแรงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

โมลิบดีนัม:

โมลิบดีนัมร่วมกับโครเมียมมีประสิทธิภาพมากในการรักษาเสถียรภาพของฟิล์มพาสซีฟเมื่อมีคลอไรด์ มีประสิทธิภาพในการป้องกันการกัดกร่อนของรอยแยกหรือรูพรุน โมลิบดีนัมถัดจากโครเมียมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนในเหล็กกล้าไร้สนิมได้มากที่สุด Edstrom Industries ใช้สเตนเลส 316 เนื่องจากมีโมลิบดีนัม 2-3% ซึ่งให้การปกป้องเมื่อเติมคลอรีนลงในน้ำ

คาร์บอน:

คาร์บอนถูกใช้เพื่อเพิ่มความแข็งแรง ในเกรดมาร์เทนซิติก การเติมคาร์บอนช่วยให้เกิดการแข็งตัวผ่านการบำบัดความร้อน

ไนโตรเจน:

ไนโตรเจนถูกใช้เพื่อทำให้โครงสร้างออสเทนนิติกของสแตนเลสคงตัว ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและทำให้เหล็กแข็งแรงขึ้น การใช้ไนโตรเจนทำให้สามารถเพิ่มปริมาณโมลิบดีนัมได้มากถึง 6% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมของคลอไรด์

ไทเทเนียมและไมโอเบียม:

ไทเทเนียมและไมโอเบียมใช้เพื่อลดอาการแพ้ของเหล็กกล้าไร้สนิม เมื่อสแตนเลสไวต่อการกัดกร่อน อาจเกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรนได้ ซึ่งเกิดจากการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ในระหว่างขั้นตอนการทำความเย็นเมื่อชิ้นส่วนถูกเชื่อม ซึ่งจะทำให้พื้นที่เชื่อมของโครเมียมหมดสิ้น หากไม่มีโครเมียม ฟิล์มเฉื่อยจะไม่สามารถก่อตัวได้ ไทเทเนียมและไนโอเบียมทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อเกิดเป็นคาร์ไบด์ โดยทิ้งโครเมียมไว้ในสารละลายเพื่อให้ฟิล์มแบบพาสซีฟก่อตัวขึ้น

ทองแดงและอลูมิเนียม:

ทองแดงและอลูมิเนียม รวมถึงไทเทเนียมสามารถเติมลงในสแตนเลสเพื่อตกตะกอนการแข็งตัวได้ การชุบแข็งทำได้โดยการแช่ที่อุณหภูมิ 900 ถึง 1150F องค์ประกอบเหล่านี้ก่อให้เกิดโครงสร้างจุลภาคระหว่างโลหะแข็งระหว่างกระบวนการแช่ที่อุณหภูมิสูงขึ้น

ซัลเฟอร์และซีลีเนียม:

ซัลเฟอร์และซีลีเนียมถูกเติมลงในสเตนเลส 304 เพื่อให้เครื่องจักรทำงานได้อย่างอิสระ สิ่งนี้กลายเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม 303 หรือ 303SE ซึ่ง Edstrom Industries ใช้ในการผลิตวาล์วหมู น็อต และชิ้นส่วนที่ไม่ได้สัมผัสกับน้ำดื่ม

ประเภทของสแตนเลส

AISI กำหนดเกรดดังต่อไปนี้:

เรียกอีกอย่างว่าเหล็กกล้าไร้สนิม "เกรดมารีน" เนื่องจากมีความสามารถเพิ่มขึ้นในการต้านทานการกัดกร่อนของน้ำเค็มเมื่อเทียบกับประเภท 304 SS316 มักใช้ในการสร้างโรงงานแปรรูปนิวเคลียร์

สแตนเลส 304/304L

ประเภท 304 มีความแข็งแรงต่ำกว่า 302 เล็กน้อยเนื่องจากมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า

สแตนเลส 316/316L

เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 316/316L เป็นเหล็กกล้าโมลิบดีนัมที่มีความต้านทานต่อการเกิดรูพรุนดีขึ้นด้วยสารละลายที่มีคลอไรด์และเฮไลด์อื่น ๆ

สแตนเลส 310S

เหล็กกล้าไร้สนิม 310S มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยมภายใต้อุณหภูมิคงที่ถึง 2000°F

สแตนเลส 317L

317L เป็นเหล็กนิกเกิลโครเมียมออสเทนนิติกที่มีโมลิบดีนัมคล้ายกับประเภท 316 ยกเว้นปริมาณโลหะผสมใน 317L จะค่อนข้างสูงกว่า

สแตนเลส 321/321H

ประเภท 321 เป็นประเภทพื้นฐาน 304 ที่ดัดแปลงโดยการเติมไทเทเนียมในปริมาณอย่างน้อย 5 เท่าของปริมาณคาร์บอนบวกไนโตรเจน

สเตนเลส 410

ประเภท 410 เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกซึ่งเป็นแม่เหล็ก ทนทานต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่ไม่รุนแรง และมีความเหนียวค่อนข้างดี

ดูเพล็กซ์ 2205 (UNS S31803)

Duplex 2205 (UNS S31803) หรือ Avesta Sheffield 2205 เป็นสเตนเลสเฟอร์ริติก-ออสเทนนิติก

เหล็กกล้าไร้สนิมยังถูกจำแนกประเภทตามโครงสร้างผลึก:
  • เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกมีสัดส่วนมากกว่า 70% ของการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมทั้งหมด ประกอบด้วยคาร์บอนสูงสุด 0.15% โครเมียมขั้นต่ำ 16% และนิกเกิลและ/หรือแมงกานีสเพียงพอที่จะคงโครงสร้างออสเทนนิติกไว้ที่อุณหภูมิทั้งหมดตั้งแต่บริเวณแช่แข็งจนถึงจุดหลอมเหลวของโลหะผสม องค์ประกอบโดยทั่วไปคือโครเมียม 18% และนิกเกิล 10% หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าสเตนเลส 18/10 มักใช้ในภาชนะที่ใช้บนโต๊ะอาหาร ในทำนองเดียวกัน 18/0 และ 18/8 ก็มีให้บริการเช่นกัน ¨เหล็กกล้าไร้สนิมซุปเปอร์ออสเทนนิติก〃 เช่น โลหะผสม AL-6XN และ 254SMO มีความทนทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนของคลอไรด์และการกัดกร่อนของรอยแยกได้ดีเยี่ยม เนื่องจากมีปริมาณโมลิบดีนัมสูง (>6%) และการเติมไนโตรเจน และปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้น ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต้านทานที่ดีกว่าต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น กว่าซีรีส์ 300 ปริมาณโลหะผสมที่สูงกว่าของเหล็กกล้า “ซุปเปอร์ออสเทนนิติก” หมายความว่าพวกมันมีราคาแพงมาก และมักจะได้รับประสิทธิภาพที่คล้ายคลึงกันโดยใช้เหล็กกล้าดูเพล็กซ์โดยมีต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก
  • สเตนเลสเฟอร์ริติกมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง แต่มีความทนทานน้อยกว่าเกรดออสเทนนิติกมากและไม่สามารถชุบแข็งด้วยกรรมวิธีทางความร้อนได้ ประกอบด้วยโครเมียมระหว่าง 10.5% ถึง 27% และนิกเกิลน้อยมาก (ถ้ามี) องค์ประกอบส่วนใหญ่ประกอบด้วยโมลิบดีนัม บ้างเป็นอลูมิเนียมหรือไทเทเนียม เกรดเฟอร์ริติกทั่วไป ได้แก่ 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo และ 29Cr-4Mo-2Ni
  • เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกไม่ทนทานต่อการกัดกร่อนเหมือนกับอีกสองชั้นอื่น แต่มีความแข็งแรงและทนทานอย่างมาก รวมถึงสามารถกลึงเฉือนได้สูง และสามารถชุบแข็งได้โดยการอบชุบด้วยความร้อน เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกประกอบด้วยโครเมียม (12-14%) โมลิบดีนัม (0.2-1%) ไม่มีนิกเกิล และคาร์บอนประมาณ 0.1-1% (ทำให้มีความแข็งมากขึ้นแต่ทำให้วัสดุเปราะมากขึ้นเล็กน้อย) มันดับและเป็นแม่เหล็ก เรียกอีกอย่างว่าเหล็ก "series-00"
  • ดูเพล็กซ์สเตนเลสสตีลมีโครงสร้างจุลภาคผสมระหว่างออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์ โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้ส่วนผสม 50:50 แม้ว่าในโลหะผสมเชิงพาณิชย์อาจมีส่วนผสม 60:40 ก็ตาม เหล็กดูเพล็กซ์มีความแข็งแรงสูงกว่าสเตนเลสออสเทนนิติก และยังปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก และการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น มีลักษณะพิเศษคือโครเมียมสูงและปริมาณนิกเกิลต่ำกว่าสเตนเลสออสเทนนิติก

ประวัติความเป็นมาของเหล็กกล้าไร้สนิม

สิ่งประดิษฐ์เหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อนสองสามชิ้นยังคงมีอยู่ตั้งแต่สมัยโบราณ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียง (และใหญ่มาก) คือเสาเหล็กแห่งเดลี ซึ่งสร้างขึ้นตามคำสั่งของกุมารา กุปตะที่ 1 ประมาณปีคริสตศักราช 400 อย่างไรก็ตาม สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ต่างจากเหล็กกล้าไร้สนิมตรงที่ความทนทานไม่ใช่จากโครเมียม แต่มีปริมาณฟอสฟอรัสสูง ซึ่งเมื่อรวมกับสภาพอากาศในท้องถิ่นที่เอื้ออำนวยจะส่งเสริมการก่อตัวของชั้นฟิล์มป้องกันแข็งของเหล็กออกไซด์และฟอสเฟต แทนที่จะเป็นชั้นสนิมที่ไม่มีการป้องกันและแตกร้าวซึ่งพัฒนาในงานเหล็กส่วนใหญ่

20171130094843 25973 - ประวัติความเป็นมาของเหล็กกล้าไร้สนิม
ฮันส์ โกลด์ชมิดท์

ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล็ก-โครเมียมได้รับการยอมรับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2364 โดยนักโลหะวิทยาชาวฝรั่งเศส Pierre Berthier ซึ่งสังเกตเห็นความต้านทานต่อการกัดกร่อนของกรดบางชนิดและแนะนำให้ใช้ในช้อนส้อม อย่างไรก็ตาม นักโลหะวิทยาแห่งศตวรรษที่ 19 ไม่สามารถผลิตคาร์บอนต่ำและโครเมียมสูงที่พบในเหล็กกล้าไร้สนิมสมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้ และโลหะผสมโครเมียมสูงที่พวกเขาสามารถผลิตได้นั้นเปราะเกินกว่าจะเป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติ
สถานการณ์นี้เปลี่ยนไปในช่วงปลายทศวรรษ 1890 เมื่อ Hans Goldschmidt แห่งเยอรมนีพัฒนากระบวนการอะลูมิเนียมเทอร์มิก (เทอร์ไมต์) เพื่อผลิตโครเมียมไร้คาร์บอน ในปี 19041911 นักวิจัยหลายคน โดยเฉพาะ Leon Guillet แห่งฝรั่งเศส ได้เตรียมโลหะผสมซึ่งปัจจุบันถือเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม ในปี 1911 Philip Monnartz จากเยอรมนีรายงานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณโครเมียมและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล่านี้

Harry Brearley จากห้องปฏิบัติการวิจัย Brown-Firth ในเมืองเชฟฟิลด์ ประเทศอังกฤษ ได้รับการยกย่องมากที่สุดว่าเป็น "ผู้ประดิษฐ์" สเตนเลส

20171130094903 45950 - ประวัติความเป็นมาของเหล็กกล้าไร้สนิม
แฮร์รี่ เบรียลลีย์

เหล็ก. ในปีพ.ศ. 2456 ในขณะที่ค้นหาโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนสำหรับลำกล้องปืน เขาได้ค้นพบและต่อมาได้พัฒนาโลหะผสมเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกในอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม การพัฒนาทางอุตสาหกรรมที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นพร้อมกันที่ Krupp Iron Works ในเยอรมนี โดยที่ Eduard Maurer และ Benno Strauss กำลังพัฒนาโลหะผสมออสเทนนิติก (โครเมียม 21%, นิกเกิล 7%) และในสหรัฐอเมริกา ที่ซึ่ง Christian Dantsizen และ Frederick Becket กำลังทำอุตสาหกรรมสเตนเลสเฟอร์ริติก

โปรดทราบว่าคุณอาจสนใจบทความทางเทคนิคอื่นๆ ที่เราเผยแพร่:


เวลาโพสต์: 16 มิ.ย.-2022