การจำแนกประเภทและลักษณะของวัสดุสแตนเลส

บทนำ: องค์ประกอบที่กำหนดของเหล็กกล้าไร้สนิม

สแตนเลสหมายถึงเหล็กโลหะผสมสูงที่มีโครเมียมอย่างน้อย 10.5% และมีปริมาณคาร์บอนสูงสุด 1.2% การเติมโครเมียมนี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ เมื่อโครเมียมเกินประมาณ 10% ฟิล์มพาสซีฟที่เสถียรและซ่อมแซมตัวเองได้ ซึ่งเป็นชั้นไฮเดรตโครเมียมไฮดรอกไซด์ที่ไม่มีผลึกจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของเหล็ก ฟิล์มเฉื่อยนี้ซึ่งมีความหนาเพียงประมาณ 3 นาโนเมตร ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันองค์ประกอบที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ไม่สามารถทะลุผ่านได้ หากฟิล์มนี้เสียหาย ฟิล์มจะงอกใหม่โดยอัตโนมัติเมื่อมีออกซิเจน ช่วยให้สแตนเลสสามารถรักษาความต้านทานการกัดกร่อนและรูปลักษณ์ที่สวยงามได้แม้หลังจากการแปรรูปหรือการเสียดสี ตามโครงสร้างทางโลหะวิทยา เหล็กกล้าไร้สนิมแบ่งออกเป็น 5 ตระกูลหลัก ได้แก่ สเตนเลสออสเทนนิติก เฟอร์ริติก มาร์เทนซิติก ดูเพล็กซ์ และสเตนเลสชุบแข็งด้วยการตกตะกอน

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก: อุปกรณ์อเนกประสงค์

สเตนเลสออสเตนนิติกเป็นตระกูลที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โดยคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 70% ของการผลิตทั่วโลก โครงสร้างคริสตัลถูกกำหนดโดยโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง (FCC) ซึ่งมีความเสถียรโดยการเติมนิกเกิล โดยทั่วไปประมาณ 8-20% ให้กับฐานโครเมียม โครงสร้างนี้ให้คุณสมบัติพิเศษ รวมถึงความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ความเหนียวสูง ความสามารถในการเชื่อมที่โดดเด่น และความง่ายในการผลิต คุณลักษณะที่กำหนดคือลักษณะที่ไม่ใช่แม่เหล็กในสภาวะอบอ่อน เหล็กเหล่านี้ไม่สามารถแข็งตัวได้ด้วยการบำบัดความร้อน แต่กลับได้รับความเข้มแข็งจากการทำงานที่เย็นชา เกรดที่โดดเด่นที่สุดคือ 304 (18% Cr, 8% Ni) ซึ่งขึ้นชื่อในด้านความต้านทานการกัดกร่อนทั่วไปที่ยอดเยี่ยม การขึ้นรูปที่ดี และการเชื่อมได้ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานที่เพิ่มขึ้นต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ แนะนำให้ใช้ 316 ซึ่งมีโมลิบดีนัม 2-3% รุ่นคาร์บอนต่ำ เช่น 304L และ 316L ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานแบบเชื่อมเพื่อลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนตามขอบเกรน เนื่องจากประสิทธิภาพที่ครอบคลุม เกรดออสเทนนิติกจึงมีความจำเป็นในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย รวมถึงการแปรรูปอาหารและเครื่องดื่ม อุปกรณ์เคมี การใช้งานทางสถาปัตยกรรม และเทคโนโลยีทางการแพทย์

เหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติก: ทางเลือกแม่เหล็กและคุ้มค่า

สเตนเลสเฟอร์ริติกมีลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางตัวถัง (BCC) และเป็นแม่เหล็กเช่นเดียวกับเหล็กบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิห้อง ประกอบด้วยปริมาณโครเมียมตั้งแต่ 10.5% ถึง 18% และมีปริมาณคาร์บอนต่ำมาก เกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือประเภท 430 เหล็กกล้าเฟอร์ริติกมีความต้านทานการกัดกร่อนปานกลางถึงดี ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณโครเมียม ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดที่เกิดจากคลอไรด์ ซึ่งเป็นปัญหาที่อาจส่งผลกระทบต่อเกรดออสเทนนิติกในบางสภาพแวดล้อม ไม่สามารถทำให้แข็งตัวได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อน และมักใช้ในสภาวะอบอ่อนเสมอ แม้ว่าโดยทั่วไปจะมีราคาต่ำกว่าเหล็กกล้าออสเทนนิติก แต่ก็มีข้อจำกัด ซึ่งรวมถึงความเหนียวที่ลดลง ความสามารถในการขึ้นรูป และการเชื่อมได้ แม้จะมีความท้าทายเหล่านี้ เกรดเฟอร์ริติกก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ตกแต่งรถยนต์ การใช้งานด้านสถาปัตยกรรม และเครื่องใช้ภายในบ้าน เช่น เครื่องล้างจานและเครื่องอบผ้า

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก: ความแข็งแรงผ่านการบำบัดความร้อน

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกมีเอกลักษณ์เฉพาะในด้านความสามารถในการชุบแข็งและเสริมความแข็งแกร่งผ่านการบำบัดความร้อน เช่นเดียวกับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมต่ำ ในสภาพอบอ่อน มีโครงสร้าง BCC คล้ายกับเฟอร์ริติก อย่างไรก็ตาม เมื่อเย็นลงอย่างรวดเร็ว (ดับ) จากอุณหภูมิสูง โครงสร้างจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์เตตราโกนัล (BCT) ที่มีศูนย์กลางตัวถัง ธาตุผสมหลักคือโครเมียม ซึ่งโดยทั่วไปมีประมาณ 12-15% โดยมีปริมาณคาร์บอนสูงกว่าเกรดเฟอร์ริติก การผสมผสานนี้ช่วยให้มีความแข็งแรงและความแข็งสูงมาก โดยบางเกรดสูงถึง 60 HRC โดยมีต้นทุนด้านความเหนียวและความเหนียวที่ต่ำกว่า มีความต้านทานการกัดกร่อนปานกลาง ซึ่งโดยทั่วไปจะต่ำกว่าเกรดออสเทนนิติกหรือเฟอร์ริติก เกรดทั่วไป ได้แก่ 410, 420 และ 440 ซึ่งใช้ในงานที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนปานกลาง เช่น ช้อนส้อม เครื่องมือผ่าตัด ใบพัดกังหัน และการแข่งขันของตลับลูกปืน

ดูเพล็กซ์สแตนเลส: ผสมผสานสิ่งที่ดีที่สุดของสองโลก

เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ถูกกำหนดโดยโครงสร้างจุลภาคแบบสองเฟสที่มีสัดส่วนออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์เท่ากันโดยประมาณ โดยไม่มีเฟสใดที่ประกอบขึ้นเป็นน้อยกว่า 30% ของทั้งหมด โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยให้สามารถรวมจุดแข็งของทั้งสองตระกูลเข้าด้วยกัน โดยให้กำลังรับผลผลิตมากกว่าเกรดออสเทนนิติกมาตรฐานประมาณสองเท่า ในขณะที่ยังคงความเหนียวและความเหนียวที่ดีไว้ นอกจากนี้ยังให้ความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก และที่สำคัญอย่างยิ่งคือการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ เกรดที่ใช้กันมากที่สุดคือ 2205 (22% Cr, 5% Ni) ซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า 316L ในสื่อหลายประเภท แม้ว่าเหล็กดูเพล็กซ์จะมีราคาแพงกว่าเกรดเฟอร์ริติกมาตรฐานและมีข้อจำกัดเกี่ยวกับอุณหภูมิในการใช้งาน (โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 300°C) แต่ก็เป็นวัสดุที่เป็นตัวเลือกสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ การแปรรูปทางเคมี การเดินเรือ และอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษและกระดาษ

เหล็กกล้าไร้สนิมที่ตกตะกอน: สุดยอดแห่งความแข็งแรงสูง

สเตนเลสสตีลที่ชุบแข็งด้วยการตกตะกอน (PH) มีการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อนผ่านกระบวนการบำบัดความร้อนแบบพิเศษ ต่างจากเกรดมาร์เทนซิติกซึ่งแข็งตัวโดยวงจรดับและควบคุมอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว เกรด PH ได้รับการเสริมความแข็งแกร่งโดยการตกตะกอนของอนุภาคละเอียดจากสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยวดยิ่ง เกรด PH ที่พบมากที่สุดและเป็นที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลายคือ 17-4 PH (UNS S17400) ซึ่งเป็นเหล็กชุบแข็งแบบตกตะกอนแบบมาร์เทนซิติก เกรดนี้มีการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ระหว่างความแข็งแรงสูง ความเหนียวที่ดี และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบการบินและอวกาศ เคมี และวิศวกรรมทั่วไปหลายประเภทที่ประสิทธิภาพของเกรดมาร์เทนซิติกมาตรฐานไม่เพียงพอ เกรด PH อื่นๆ ได้แก่ ประเภทกึ่งออสเทนนิติกและออสเทนนิติก เช่น 17-7 PH และ A-286