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
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 |
ค | คาร์บอน |
Cr | โครเมียม |
ลูกบาศ์ก | ทองแดง |
เฟ | เหล็ก |
โม | โมลิบดีนัม |
มน | แมงกานีส |
เอ็น | ไนโตรเจน |
นิ | นิกเกิล |
ป | ฟอสฟอรัส |
ส | กำมะถัน |
ส | 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 1150F 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
ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล็ก-โครเมียมได้รับการยอมรับครั้งแรกในปี พ.ศ. 2364 โดยนักโลหะวิทยาชาวฝรั่งเศส Pierre Berthier ซึ่งสังเกตเห็นความต้านทานต่อการกัดกร่อนของกรดบางชนิดและแนะนำให้ใช้ในช้อนส้อม อย่างไรก็ตาม นักโลหะวิทยาแห่งศตวรรษที่ 19 ไม่สามารถผลิตคาร์บอนต่ำและโครเมียมสูงที่พบในเหล็กกล้าไร้สนิมสมัยใหม่ส่วนใหญ่ได้ และโลหะผสมโครเมียมสูงที่พวกเขาสามารถผลิตได้นั้นเปราะเกินกว่าจะเป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติ
สถานการณ์นี้เปลี่ยนไปในช่วงปลายทศวรรษ 1890 เมื่อ Hans Goldschmidt แห่งเยอรมนีพัฒนากระบวนการอะลูมิเนียมเทอร์มิก (เทอร์ไมต์) เพื่อผลิตโครเมียมไร้คาร์บอน ในปี 19041911 นักวิจัยหลายคน โดยเฉพาะ Leon Guillet แห่งฝรั่งเศส ได้เตรียมโลหะผสมซึ่งปัจจุบันถือเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม ในปี 1911 Philip Monnartz จากเยอรมนีรายงานเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณโครเมียมและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเหล่านี้
Harry Brearley จากห้องปฏิบัติการวิจัย Brown-Firth ในเมืองเชฟฟิลด์ ประเทศอังกฤษ ได้รับการยกย่องมากที่สุดว่าเป็น "ผู้ประดิษฐ์" สเตนเลส
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